第23卷 第5期辐射防护V ol.23 N o.5 2003年 9月Radiation Protection Sep. 2003
核事故条件下的大气扩散模式及应用Ξ
蔡旭晖ΞΞ 陈家宜 康 凌
(北京大学环境科学中心,100871)
摘 要 本文介绍一个适用于核事故条件的大气扩散模式(粒子2烟团模式)的建立与调试。模式在模拟大气扩散的粒子随机游走方法中引入类似于扩散烟团的核函数概念,用以反映单个随机游走粒子所代表的污染物质的空间影响范围。模式解决了随机游走粒子与核函数“烟团”耦合后反映扩散物理真实过程的一致性问题,在约200km的范围内模拟结果与理论结果相一致。与代表实际大气典型扩散状况的高斯烟羽模式的结果进行定量比较,表明本模式结果在10km的范围内总体合理,但在近源处有系统偏小。模式瞬时浓度的涨落相对于平均轴线浓度大体控制在20%～30%的范围内。将模式应用于秦山地区的实际地形和气象条件进行实例测试表明,其结果可以反映当地复杂的大气扩散过程和特性。
关键词 大气扩散 模式 核事故 实际应用
1 引言
和平利用核能事业的发展在为人类带来巨大利益的同时,也带来了发生核安全事故的潜在可能性。事故发生后放射性物质经由大气的扩散过程,可在短时间内对环境产生大范围的影响。因此,在进行核事故的实时环境后果评估和应急决策时,对大气扩散过程的充分考虑是必需的。而事故条件的突发性、事故应急的时效性、以及事故当地实际地形与气象条件的复杂性,则对实用的大气扩散模式提出了各种特别的要求。本文介绍一种随机游走粒子模式耦合核函数“烟团”的方法,以及主要针对秦山核电厂事故应急实际情况的具体应用处理。
2 RPPM大气扩散模式
大气扩散的随机游走粒子2烟团模式(Ran2 dom2walk Particle2Pu ff M odel,以下简记为RPPM 模式)是粒子随机游走方法的进一步发展。粒子随机游走方法以假想的示踪粒子代表污染物质,通过追踪大量粒子在大气中的运行和分布而定量计算污染物的浓度。该方法可以真实反
映所模拟大气的平均风场和湍流场的作用,尤其适合流场具有复杂的时2空变化的情况,具有实际应用价值。但该方法需释放大量粒子才能获得污染物扩散的稳定的统计结果,计算量大;另外在所代表的烟云的边缘,粒子分布总是变得稀疏,故而算得的浓度会有较大的涨落。对随机游走的粒子引入核函数的概念,则可对上述问题有较大的改善[1～3],即用较少数量的示踪粒子和较小的计算量获得统计上较稳定的浓度结果。由于核函数概念与通常的扩散烟团概念形式上甚为相似,故以下称其为核函数“烟团”,依此建立的模式则姑且称为粒子2烟团模式。这种模式对实际大气扩散问题有更好的应用效果。
RPPM模式原则上由两部分组成,其一为通常的随机游走粒子模式,其二为利用核函数“烟团”概念进行的浓度场计算。因此这里所谓粒子实际代表污染物微团的质心。有关这些粒子或质心在空间的扩散运行轨迹,完全按粒子的随机游走方法进行计算,具体方法见文献[4～6]。至于浓度场的计算方法则是,对任一时
Ξ
ΞΞ第一作者简介:蔡旭晖,男,1962年1月出生,1993年毕业于北京大学地球物理系大气物理专业,理学博士,副教授。
教育部高等学校骨干教师计划资助。
刻t和空间位置r,由核函数概念[1]有:
C(r,t)=A(r)
l3
∑
i
m i K(r i-r,l)(1)
这里,C为浓度;r i和m i为第i个粒子的空间位置和质量;K为核函数;l为核函数的特征尺度,原则上由粒子的空间分布密度决定;A(r)为近边界处的浓度修正因子,对无边界的情况有A(r)≡1。取高斯函数形式的核函数,则上式与高斯烟团公式的形式十分相似,即:
K(r i-r,l)=
1
(2π)3/2
exp(-
|r i-r|2
2l2
)(2)
尽管核函数概念和通常的扩散烟团概念具有上述形式上的相似性,但二者却有本质的区别。由于粒子随机游走原则上可完整地反映湍流扩散的作用,故核函数不应具有独立的物理扩散性质[6],而完全由粒子的空间分布密度决定。在RPPM模式中,对粒子与核函数以及与高斯扩散烟团的耦合进行了严格的检验,并根据理论结果进行分析、比较。结果显示,如果将通常的高斯烟团概念耦合到粒子模式中,会使模拟的扩散作用显著夸大,实际应用中必使模拟结果严重偏离物理真实;而严格取核函数概念进行耦合获得的结果则与理论结果相符极好。因此RPPM模式中严格取核函数概念进行处理。具体方法是,对(2)式中核函数“烟团”在x,y,z三个方向的特征尺度l x,l y和l z,由以下方法确定:
(1)假设水平方向的特征尺度相同,即l x =l y。
(2)对每个示踪粒子,计算参考尺度σy,σ
z
。参考尺度σy,σz由T aylor扩散公式确定。
(3)计算以参考尺度σy/n和σz/n为长短轴的椭球体体积V,统计以所求粒子为中心的这一参考空间范围内的示踪粒子数N p。
(4)令 =σy/σz,假设所求示踪粒子的空间影响范围为V e=V/N p,其形状与参考空间形状相似,且l y/l z=βγ,则有:
l y=l x=α(σy/n)(β/N p)1/3(3)
l z=αl y/(βγ)(4)其中,n、β和α皆为经验参数;n表示计算粒子密度的参考空间尺度相对于T aylor扩散标准差的比例,考虑到相对扩散比连续扩散速率小,模式中取n=2,即取参考空间尺度为T aylor扩散标准差的1/2;β用来反映该核函数在y和z方向的特征尺度的比率与T aylor扩散标准差在对应2方向上比率的关系,此处取β=1,表示核函数在y和z方向的特征尺度的比率与T aylor 扩散标准差在对应2方向上的比率完全相同;α为一经验修正系数,用于调整前述假设和系数选取可能带来的误差,经过数值实验,取α= 1.3,可使模拟结果与理论计算结果较好相符(参见本文第4节和图1)。由以上方法,即可确定任一核函数“烟团”的空间浓度影响。
3 模式的应用
虽然上述粒子和烟团的耦合问题可以认为是这类粒子2烟团模式成功的关键,将其应用于核电厂实际事故大气扩散过程仍有许多问题需要解决。以下分别说明。
3.1 排放初始过程
在RPPM模式对秦山核电厂的具体应用中,考虑的主要为出自安全壳体的事故排放,故初始排放过程主要为烟气抬升和建筑物尾流作用。对烟气抬升影响,可按国标G B/T3840291的规定进行计算。对建筑物尾流作用,在用高斯烟羽公式计算时,由于认为尾流空腔区内污染物均匀混合,排放可作为地面源处理,下风轴线浓度由以下经验关系确定[7]:
C=Q/(πσzσy u+α′WHu)(5)其中,C为浓度,Q为排放率,σz、σy为扩散参数,u为风速,H和W分别为建筑物的高度和宽度,α′为经验系数,通常取值0.5[7]。由于RPPM模式并不用简单的高斯公式计算浓度,故须对上述一般处理方法进行综合考虑。假设污染物卷入建筑物尾流的作用时间很短,混合作用很强,其效果是使烟云产生一个均匀分布的初始尺度。由式(5)并参考对建筑物扰动和下洗作用的处理[7],可以认为初始尺度大致对应建筑物的特征尺度ζ=(WH)1/2。这里设此初始尺度水平方向为ζ,垂直方向为0.5ζ,即,建筑物尾流造成的影响用x和y方向的尺度各为ζ、z方向的尺度为0.5ζ的体源来代表,体源内假设均匀分布。对于热烟气排放,则按有效源高h e=0.25ζ考虑烟气抬升作用。
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3.2 干湿沉积作用
对污染物的干沉积,按下式计算沉积通量:
F=v d C0(6)这里,F为干乘积通量[Bq/(m2s)],v d为沉积速度(m/s),C0为地表附近的污染物空气浓度(Bq/m3)。在RPPM模式中,空间一点的浓度实际为空间不同点上的粒子2“烟团”的贡献之和,沉积作用使所有对该点有贡献的粒子2“烟团”所代表的污染物数量减少。因此在考虑沉积过程时,一点上的沉积量将按对该点浓度的贡献大小分配到各粒子2“烟团”上,减去相应的污染物数量。如此,可保持地面沉积量和污染物从空气中的去除量之间的平衡,也即保持污染物在整个大气扩散过程中的质量(物质)守恒。
在有降水的情况下,湿沉积通量按下式计算[7,8]:
F wet=∫z w0ΛC d z(7)其中,F wet为湿沉积通量[Bq/(m2s)],z w为降水影响的高度(m),C为空气污染物浓度(Bq/
m3),Λ为冲刷或雨洗系数(s-1)。Λ与雨强的关系可表达为:
Λ=aI b(8)这里,I为雨强(mm/h);a和b为经验系数,模式中按释放物质为含碘、不含碘物质、以及惰性气体的情况分别取值。对含碘物质,取a=8×10-5,b=0.6;对不含碘物质,取a=1.2×10-4,b=0.5。对惰性气体则不考虑湿沉积的影响[8]。
与干沉积的情况类似,在RPPM模式中湿沉积的作用也会通过(7)式中的浓度C影响到空间不同的粒子2“烟团”,对此,模式通过与干沉积类似的处理方法,将沉积量分配到各粒子2“烟团”上。
3.3 多核素扩散处理
核事故中可能有多达十几种、甚至数十种核素释放,且释放量各不相同,放射性和沉积性质各异,有必要分别加以考虑。但对每种核素单独进行扩散计算既不现实,也不符合随机游走方法的原则。随机游走方法是用虚拟的示踪粒子来反映污染物的扩散,示踪粒子本身与污染物并无物质上的实际关联,因此,可以用同一组示踪粒子模拟多种被动污染物或核素的扩散。RPPM模式采用的处理方法是,针对不同的核素情况,赋予每个示踪粒子不同的属性“指数”,如释放量、沉积性质、半衰期等。如此,每个示踪粒子将根据源排放的情况而代表着不同的核素物种、以及不同的放射性活度。示踪粒子每进行一步扩散游走,就根据粒子2“烟团”的分布依次计算各核素的空间浓度、地面沉积、母核素衰变和子核素的产生等情况,然后将这些情况转化为每个粒子所代表的属性指数的变化,即如,该粒子所代表的核素物种和活度的变化等。不断将这些变化信息传送到下一步的扩散计算中,即可实现对不同核素的扩散模拟。
需要说明的是,这种方法只适用于可忽略重力沉降作用的气体或细颗粒污染物,即被动扩散物质。对重力沉降作用明显的多粒径污染物,此方法不再适用。另外,对核素嬗变的情况,模式只考虑到第2子代的产生效果为止。3.4 气象场与湍流参数
作为综合考虑实际扩散过程的模式,RPPM 要求多方面的气象信息作为其输入参数。其中最重要的是风场,其它则是:湍流特征、边界层参数、降水资料。出于实际应用的考虑,模式在秦山核电厂事故应急应用中可选择使用三维风场诊断模式或中尺度静力学预报模式的风场结果。与诊断风场相配套,湍流和边界层的特性由稳定度分类和边界层高度这两个参量规定。模式中仅考虑湍流量沿垂直方向的变化,并假设垂直变化的规律是普遍适用的,对不同的地区只有数量上的不同。因此,只要有当地相应的近地面湍流观测资料,或是根据近地面风速和大气稳定度状况,即可推算各湍流量的空间分布。应用中有关x,y,z三个方向的湍流脉动速度标准差σu,σv,σw和湍流时间积分尺度T Lu,T Lv,T Lw等各量的具体参数化方法详见文献[5,9]。应用中需用到的M onin2Obkhov长度L值根据其与大气稳定度分类及地面粗糙度的经验关系确定。在秦山核电厂所在区域内,按文献中[9]z0=0.1m的情况取值。由此L值和近地面的通量2廓线关系,则可由近地面平均风速值推算摩擦速度,从而参数化其它湍流量。
至于模式中需用到的降水资料,由于无法
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准确预报,仍采用实际观测值。实用中将多个测站的降水观测值简单内插到模式计算区域的各网格上。
4 模式调试与检验
对实际应用模式的调试和检验是冗繁但却
必要的工作。检验的目的在于确认模式反映实际物理过程的能力,一方面考察其定性上的合理性,另一方面也考察其定量上的正确性和误差大小。4.1 粒子2“烟团”的耦合效果
虽然随机游走粒子2“烟团”模式的优点是
明显的,但粒子2“烟团”的耦合效果有待检验。为此,取定空间无界、均匀、定常的σv ,σ
w 和
T Lv ,T Lw ,由T aylor 公式计算扩散参数σy 和σz
(参见附录),并进一步取定平均风速和排放率,
即可按常规高斯烟羽公式计算扩散的浓度空间
分布。将此计算结果作为扩散的理论结果,而将RPPM 模式在相同条件下的模拟结果与之进行比较,见图1。计算的具体条件和参数是,排放率Q =130.75Bq/s ;平均风速u =5m/s ;y 和z 方向的湍流脉动速度标准差分别为σv =1.0m/s ,σw =0.3m/s ;对应方向的湍流时间积分尺度为:T Lv =1000s ,T Lw =100s 。从图1中看到,在约200km 的扩散范围内,模拟计算的结果除表现出一定的涨落性质以外,与理论
计算的结果符合良好,表明模式采用的粒子2
“烟团”耦合方法是成功的。图1 浓度空间分布的模式计算结果与理论结果的比较
Fig.1 C om paris on of concentration field between m odeling results (bold contours )and theoretic results (light contours )in Bq/m 3
a 烟流轴线高度的浓度场(Bq/m 3);
b 距烟流轴线1000m 处的浓度场(Bq/m 3)。
图中粗线为模式计算结果,细线为理论结果。
4.2 与实际大气扩散性质的比较采用Pasquill 扩散参数和高斯烟羽模式计
算扩散浓度,并认为它基本反映实际大气的扩散状况。将RPPM 模式的计算结果与这种经典的扩散结果比较,以了解模式定量反映实际大气状况的能力。取Pasquill 扩散参数的幂指数
形式σy =ax b ,σz =cx d
,计算B 、D 、E 类稳定度条件的扩散。不考虑沉积、热排放等过程。秦山核电厂实际厂房高度62.5m ,宽38m ,高斯模式计算时按(5)式处理建筑物的尾流作用。计算的源排放率取1Bq/s ,连续排放,排放时间为10h 。B 和E 类稳定度条件下风速取2m/s ,
D 类取4m/s 。B 、D 、
E 类条件的边界层高度分
别取1000m 、1000m 和300m 。Pasquill 扩散参数的系数取值列于表1。
表1 不同类稳定度条件的
Pasquill 扩散参数系数
T ab.1 C oefficients for Pasquill diffusion parameters
under different stabilities
稳定度
a
b
c
d
B 0.410.860.056 1.1D 0.140.890.730.55E
0.11
0.89
0.82
0.48
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692? 辐射防护 第23卷 第5期
比较上述条件下高斯烟羽模式和RPPM 模式计算的地面浓度(c 0)结果发现,二者的总体分布形式和范围相符良好,在扩散约2km 以外的下风范围浓度数值趋于接近,但近源处RPPM 模式的结果系统偏小。图2给出了3组计算的地面轴线浓度(c 0)结果。可以看出,在下风向2km 以后,高斯烟羽模式和RPPM 模式的浓度结果总体相差约在2倍的范围之内;在近源处约500m 的距离以内,RPPM 模式的结果偏小较严重,可达7～8倍的偏差。这种情况,部分可能是由于模式方法和参数的不同造成的,同时也反映现有RPPM 模式条件对近源扩散过程应用的局限性。从这里的结果并结合图1中RPPM 模式与理论结果在中远距离上十分一致的情况来看,现有模式对约2km 以上的扩散情况有较好的适用性
。
图2 RPP M 模式和高斯烟羽模式的下风向地面轴线浓度结果比较
Fig.2 Sur face axial concentration of RPP M m odel (s olid symbols )and G aussian plume m odel (open symbols )at down wind distance
4.3 模式结果的涨落特性
RPPM 模式的随机游走特性使浓度结果具
有一定的统计涨落。定常风场和长时间排放的情况有利于减小或消除这种涨落。但对实际的大气条件和短时间段的排放来说,这种浓度涨落难以通过时间统计平均来消除,因此了解这种涨落的大小是必要的。这里仍然采用上述B 、D 、E 类稳定度的计算个例,统计10h 排放时
段内间隔20min 的瞬时地面浓度与10h 平均浓度的偏差情况,结果如图3。图中为不同下
风距离的浓度涨落标准差σc ,并以10h 平均的
地面轴线浓度c 0无因次化。σc 定义为下风x 距
离侧向(y 方向)各位置上的瞬时浓度与对应各位置上10h 平均浓度之间的偏离的标准差,即
σc =
∑N
t
i =1∑N
y
j =1
(c
ij
-c j )
2
N t ?N y
(9)
这里,c ij 为i 时刻y 方向j 位置上的浓度;c j 为
y 方向j 位置上的10h 平均浓度;N y 为y 方向的格点个数;N t 为10h 中总的统计时次。从图3可以看出,以不同下风距离的10h 平均轴线浓度为度量,单个时次的浓度涨落在近源处约
为16%。随着下风距离的增大,浓度涨落量也增大,其中不稳定B 类情况的增大最明显,在10km 处约达30%,D 类和E 类稳定度条件的
涨落量则在20%以内。
图3 RPP M 模式浓度计算结果的
涨落随下风距离的变化
Fig.3 Fluctuation of normalized concentration from RPP M m odel at down wind distance
4.4 对秦山地区实际条件的应用测试
RPPM 模式主要是针对秦山核电厂的事故
应急情况而开发的。秦山地区处于杭州湾的海
陆交界处,地形和气象条件较为复杂。将模式应用于秦山地区的实际地形和气象条件,可进一步了解模式对当地实际扩散过程的反映能力。这里取当地地形资料和1996年的实际气象观测资料,用风场诊断模式获得逐时三维风场,然后按设定的源排放条件进行扩散模拟计算。对不同计算个例的风场、轨迹和浓度场进行综合分析,表明模式可以较好反映当地复杂
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气象条件下的大气扩散过程。图4为其中一个计算个例的情况。该例取1996.07.21的气象资料,计算14:00～16:00时段的均匀排放,总排放量为1×107Bq (合排放率约为1389Bq/s ),源高60m ,不考虑排放的热力因子。从气象条件来看,此日为当地受副热带高压控制的情况,并在下午经历了一次局地天气过程,风向由系统的偏西南变为偏东北,之后又再次改为偏
西南。图4(a )中显示的连续3h 从源点出发的拉格朗日轨迹表现出“之”字状,反映了风向的这种变化。图4(b )中则为源释放开始后3个不同时刻(16:00、20:00和次日03:00)的地面浓度分布,可以明显看出污染物经过2h 较短时段的连续排放后转化为一大团烟云、并在近100km 的范围里随风往复漂移、扩散的过程
。
图4 秦山地区实际资料的RPP M 模式扩散模拟个例
Fig.4 A m odeling case of RPP M m odel with practical meteorological data and topography over Qinshan area
a 1996.07.21从14:00至16:00时逐时出发的拉格朗日轨迹(515m 高度);
b 1996.07.2116:00、20:00和次日03:00时的地面浓度(Bq/m 3)。
5 总结
本文介绍一个针对环境核事故应急条件的
大气扩散模式的总体设计、技术处理以及调试检验情况。模式采用随机游走粒子与核函数“烟团”耦合的方法,具备反映真实物理扩散过程的良好基础,同时又具有相对简单、计算量适中的优点。
对模式的理论验证表明,在约200km 的范围内,粒子2“烟团”的耦合效果良好。在10km 半径范围内,模式计算结果除了在近源处有较明显的偏低以外,总体上与实际大气扩散状况一致。对模式计算浓度涨落特性的考察显示,瞬时浓度的涨落控制在平均轴线浓度的20%～30%这样一个可接受的范围内。基于这些性能考察,模式进一步针对秦山核电厂的实际应用情况,考虑了烟云排放初始阶段的建筑物尾流、烟气抬升的作用,扩散过程中的干湿沉积影响,以及事故工况条件下多核素同时排放、放射
性衰变、子核素产生等过程和效应。使用秦山
地区实际地形和气象参数进行测试计算表明,模式可以反映当地复杂的大气扩散过程和特性,定量结果合理。
本工作中有关核素的部分数据资料由清华大学核能技术设计研究院王醒宇、施仲齐先生提供,特此致谢。
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报,1985.(1):85
(编辑部收稿日期2002年9月5日)
附录:由T aylor 公式计算的扩散参数
按T aylor 公式,σy 和σz 与湍流参数的关系为:
σ2
y (t )=2σ2v
∫t
(t -ζ)R v
(ζ)d ζ
(A -1)σ2z (
t )
=2σ2w
∫t
(t -ζ
)R w
(ζ)d ζ
(A -2)
其中取拉格朗日速度相关系数为:
R v (ζ)=exp (-ζ/T Lv )(A -3)R w (ζ)=exp (-ζ/T Lw )
(A -4)积分(A -1)、
(A -2)得:σ2y (t )=2σ2
v T Lv [t +T Lv exp (-t/T Lv )-T Lv ](A -5)σ2z (t )=2σ2w T Lw [t +T Lw exp (-t/T Lw )-T Lw ]
(A -6)
AN ATMOSPHERIC DIFFUSION MODE L FOR CON DITIONS OF NUCL EAR ACCIDENT
Cai Xuhui Chen Jiayi K ang Ling
(Center for Environmental Sciences ,Peking University ,Beijing ,100871)
Abstract An atm ospheric diffusion m odel was established for emergency environmental assessment in case of accidental release of radioactive materials from a nuclear power station.The m odel em ployed kernel tech 2nique in random walk simulation method to im prove concentration m odeling.Excellent agreement was shown by a test run of this m odel in com paris on with theoretic result within the range of approximately 200km.The out 2put of the m odel is in g ood agreement with actual atm ospheric diffusion property in the range of 10km ,though systematic underestimate existed for near s ource area.Statistical fluctuation of instant surface concentration was controlled in the range of 20%～30%to ground axial concentration of the average plume.The test regarding the application of this m odel to practical topography and meteorological conditions over Qinshan area showed the testing results reflect local com plex diffusion processes and characteristics.
(K ey W ords :Atm ospheric Diffusion ,M odel ,Nuclear Accident ,Application )
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大气污染控制工程 课后答案 （第三版）主编：郝吉明马广大王书肖 目录 第一章概论 第二章燃烧与大气污染 第三章大气污染气象学 第四章大气扩散浓度估算模式 第五章颗粒污染物控制技术基础 第六章除尘装置 第七章气态污染物控制技术基础 第八章硫氧化物的污染控制 第九章固定源氮氧化物污染控制 第十章挥发性有机物污染控制 第十一章城市机动车污染控制
第一章 概 论 1.1 干结空气中N 2、O 2、Ar 和CO 2气体所占的质量百分数是多少？ 解：按1mol 干空气计算，空气中各组分摩尔比即体积比，故n N2=0.781mol ，n O2=0.209mol ，n Ar =0.00934mol ，n CO2=0.00033mol 。质量百分数为 %51.75%100197.2801.28781.0%2=???= N ，%08.23%100197.2800 .32209.0%2=???=O ； % 29.1%1001 97.2894 .3900934.0%=???=Ar ，%05.0%100197.2801 .4400033.0%2=???=CO 。 1.2 根据我国的《环境空气质量标准》的二级标准，求出SO 2、NO 2、CO 三种污染物日平均浓度限值的体积分数。 解：由我国《环境空气质量标准》二级标准查得三种污染物日平均浓度限值如下： SO2：0.15mg/m 3，NO2：0.12mg/m 3，CO ：4.00mg/m 3。按标准状态下1m 3 干空气计算，其摩尔数为mol 643.444 .221013 =?。故三种污染物体积百分数分别为：
SO 2： ppm 052.0643.44641015.03=??-，NO 2：ppm 058.0643.44461012.03 =??- CO ： ppm 20.3643 .44281000.43 =??-。 1.3 CCl 4气体与空气混合成体积分数为1.50×10－4的混合气体，在管道中流动的流量为10m 3N 、/s ，试确定：1）CCl 4在混合气体中的质量浓度ρ（g/m 3N ）和摩尔浓度c （mol/m 3N ）；2）每天流经管道的CCl 4质量是多少千克？ 解：1）ρ（g/m 3 N ）3 3 4/031.110 4.221541050.1N m g =???=-- c （mol/m 3 N ）3 33 4/1070.610 4.221050.1N m mol ---?=??=。 2）每天流经管道的CCl 4质量为1.031×10×3600×24×10－3kg=891kg 1.4 成人每次吸入的空气量平均为500cm 3，假若每分钟呼吸15次，空气中颗粒物的浓度为200g μ/m 3，试计算每小时沉积于肺泡内的颗粒物质量。已知该颗粒物在肺泡中的沉降系数为0.12。 解：每小时沉积量200×（500×15×60×10－6）×0.12g μ=10.8g μ 1.5 设人体肺中的气体含CO 为2.2×10－4，平均含氧量为19.5%。如果这种浓度保持不变，求COHb 浓度最终将达到饱和水平的百分率。 解：由《大气污染控制工程》P14 （1－1），取M=210 2369.0105.19102.22102 4 22=???==--∝O p p M Hb O COHb ，
第四章 大气扩散浓度估算模式 第一节 湍流扩散的基本理论 一 湍流 1．定义：大气的无规则运动 风速的脉动 风向的摆动 2．类型： 按形成原因 热力湍流：温度垂直分布不均（不稳定）引起，取决于大气稳定度 机械湍流：垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度引起 3．扩散的要素 风：平流输送为主，风大则湍流大 湍流：扩散比分子扩散快105～106倍 二 湍流扩散理论（主要阐述湍流与烟流传播及湍流与物质浓度衰减的关系） 1.梯度输送理论 通过与菲克扩散理论类比建立起来的（菲克定律：单位时间内通过单位断面上的物质的数量与浓度梯 度呈正比） 类比于分子扩散，污染物的扩散速率与负浓度梯度成正比 x C k F ??-= 式中，F — 污染物的输送通量 k — 湍流扩散系数 C — 污染物的浓度 X — 与扩散截面垂直的空间坐标（扩散过程的长度） x C ??— 浓度梯度 要求得各种条件下某污染物的时、空分布，由于边界条件往往很复杂，不能求出严格的分析解，只能是在特定的条件下求出近似解，再根据实际情况进行修正。 2.湍流统计理论 泰勒首先将统计理论应用在湍流扩散上 图4-1显示：从原点O 放出的粒子，在风沿着x 方向吹的湍流大气中扩散。粒子的位置用y 表示，则结论为： ①y 随时间变化，但其变化的平均值为零 ②若从原点放出很多粒子，则在x 轴上粒子的浓度最高，浓席分布以x 轴为对称轴，并符合正态分布。 萨顿实用模式：解决污染物在大气中扩散的实用模式 高斯模式：应用湍流统计理论得出正态分布假设下的扩散模式 3.相似理论 第二节 高斯扩散模式 一 坐标系的建立—右手坐标系
1．原点O ：无界点源或地面源，O 为污染物的排放点 高架源，O 为污染物的排放点在地面上的投影点 补充：点源 高架源 连续源 固定源 线源 地面源 间歇源 流动源 面源 2．x 轴：正向为平均风向，烟流中心线与x 轴重合 3．y 轴：垂直于x 轴 4．z 轴：垂直于xoy 平面 二 高斯模式的有关假定 1．污染物浓度在y 、z 轴上的分布为正态分布； )2exp(21 )(22 y y y y f σπ σ-= )2exp(21 )(22 z z z z f σπ σ-= y σ，z σ— 分别为污染物在y 和z 方向上分布的标准差，m 2．全部高度风速均匀稳定，即风速u 为常数； 3．源强是连续均匀稳定的，源强Q 为定值； 4．扩散中污染物是守恒的，不考虑转化，即烟云在扩散过程中没有沉降、化合、分解及地面吸收、吸附作用发生； 0=??t C 5．在x 方向上，输送作用远远大于扩散作用，即 )(x C k x x C u x ????>>??； 6．地面足够平坦。
四章 大气扩散浓度估算模式 4.1 污染源的东侧为峭壁，其高度比污染源高得多。设有效源高为H ，污染源到峭壁的距离为L ，峭壁对烟流扩散起全反射作用。试推导吹南风时高架连续点源的扩散模式。当吹北风时，这一模式又变成何种形式？ 解： 吹南风时以风向为x 轴，y 轴指向峭壁，原点为点源在地面上的投影。若不存在峭壁，则有 ]}2)(exp[]2)(){exp[2exp(2),,,(2 2 2222' z z y z y H z H z y u Q H z y x σσσσσπρ+-+---= 现存在峭壁，可考虑ρ为实源与虚源在所关心点贡献之和。 实源]}2)(exp[]2)(){exp[2exp(22 2 22221z z y z y H z H z y u Q σσσσσπρ+-+---= 虚源]}2)(exp[]2)(]{exp[2)2(exp[222 222 22z z y z y H z H z y L u Q σσσσσπρ+-+----= 因此]}2)(exp[]2)(){exp[2exp(22 2 2222z z y z y H z H z y u Q σσσσσπρ+-+---=+ ]}2)(exp[]2)(]{exp[2)2(exp[22 2 2222z z y z y H z H z y L u Q σσσσσπ+-+---- =]}2)(exp[]2)(]}{exp[2)2(exp[)2{exp(22 2 222222z z y y z y H z H z y L y u Q σσσσσσπ+-+----+- 刮北风时，坐标系建立不变，则结果仍为上式。 4.2 某发电厂烟囱高度120m ，内径5m ，排放速度13.5m/s ，烟气温度为418K 。大气温度288K ，大气为中性层结，源高处的平均风速为4m/s 。试用霍兰德、布里格斯（x<=10H s ）、国家标准GB/T13201－91中的公式计算烟气抬升高度。 解： 霍兰德公式 m D T T T u D v H s a s s 16.96)5418 288 4187.25.1(455.13)7 .25.1(=?-?+?=-+= ?。 布里格斯公式 kW kW D v T T T Q s s a s H 210002952155.1341828841810 6.9 7.2106.97.22 3 23>=??-??=-??= --且x<=10Hs 。此时 3/23/213/11 3 /23/180.2429521362.0362.0x x u x Q H H =??==?--。
8 点、中午12 点、晚上9 点都没有排放气体，该怎么算，是不是需要找到一个关于时间t的函数，来计算多长时间之后污染还剩下多少 c=Q./(2*pi*sigy.*sigz*u+eps).*exp(-0.5*(y.^2)./((sigy+eps).^2)).*(exp(-0.5*(z-H).^2./((sigz+eps).^2))+exp(-0.5*(z+H).^2./((sigz+ eps).^2))); 这个函数对吗？该调用什么函数？ 问题： 建立单污染源空气污染扩散模型，描述其对周围空气污染的动态影响规律。 现有河北境内某一工厂废气排放烟囱高50m，主要排放物为氮氧化物。早上9 点至下午 3 点期间的排放浓度为406.92mg/m3，排放速度为1200m3 /h；晚上10 点-凌晨4 点期间 的排放浓度为1160mg/m3，排放速度为5700m3 /h；通过你的扩散模型求解该工厂方圆51 公里分别在早上浓度8 点、中午12 点、晚上9 点空气污染分布和空气质量等级。 源代码 clear all clc [x,y]=meshgrid(0:20:5100,0:20:5100); Q=135.64; z=1.5; H=50; u=1.94; sigy=0.3914238*x.^0.865014; sigz=0.0757182*x.^1.00770; c=Q./(2*pi*sigy.*sigz*u+eps).*exp(-0.5*(y.^2)./((sigy+eps).^2)).*(exp(-0.5*(z-H).^2./((sigz+eps).^2))+exp(-0.5*(z+H).^2./((sigz+ eps).^2))); mesh(x,y,c); xlabel('X'),ylabel('Y'),zlabel('C'), clear all clc [x,y]=meshgrid(-5100:20:5100,-5100:20:5100); Q=1836.7; z=1.5; H=50; u=1.7; sigy=0.3914238*x.^0.865014; sigz=0.0757182*x.^1.00770; c=Q./(2*pi*sigy.*sigz*u+eps).*exp(-0.5*(y.^2)./((sigy+eps).^2)).*(exp(-0.5*(z-H).^2./((sigz+eps).^2))+exp(-0.5*(z+H).^2./((sigz+ eps).^2))); mesh(x,y,c); xlabel('X'),ylabel('Y'),zlabel('C'), 分享到： 2015-05-29 16:32 提问者采纳 clear all [x,y]=meshgrid(-51000:100:51000,-51000:100:51000); Q=135.64; z=1.5; H=50; u=1.94; sigy=0.3914238*x.^0.865014;
第五章大气污染扩散 第一节大气结构与气象 有效地防止大气污染的途径，除了采用除尘及废气净化装置等各种工程技术手段外，还需充分利用大气的湍流混合作用对污染物的扩散稀释能力，即大气的自净能力。污染物从污染源排放到大气中的扩散过程及其危害程度，主要决定于气象因素，此外还与污染物的特征和排放特性，以及排放区的地形地貌状况有关。下面简要介绍大气结构以及气象条件的一些基本概念。 一、大气的结构 气象学中的大气是指地球引力作用下包围地球的空气层，其最外层的界限难以确定。通常把自地面至1200 km左右范围内的空气层称做大气圈或大气层，而空气总质量的98．2％集中在距离地球表面30 km以下。超过1200 km的范围，由于空气极其稀薄，一般视为宇宙空间。 自然状态的大气由多种气体的混合物、水蒸气和悬浮微粒组成。其中，纯净干空气中的氧气、氮气和氩气三种主要成分的总和占空气体积的99.97％，它们之间的比例从地面直到90km高空基本不变，为大气的恒定的组分；二氧化碳由于燃料燃烧和动物的呼吸，陆地的含量比海上多，臭氧主要集中在55～60km高空，水蒸气含量在4％以下，在极地或沙漠区的体积分数接近于零，这些为大气的可变的组分；而来源于人类社会生产和火山爆发、森林火灾、海啸、地震等暂时性的灾害排放的煤烟、粉尘、氯化氢、硫化氢、硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物为大气的不定的组分。 大气的结构是指垂直（即竖直）方向上大气的密 度、温度及其组成的分布状况。根据大气温度在垂直 方向上的分布规律，可将大气划分为四层：对流层、 平流层、中间层和暖层，如图5－1所示。 1. 对流层 对流层是大气圈最靠近地面的一层，集中了大气 质量的75％和几乎全部的水蒸气、微尘杂质。受太阳 辐射与大气环流的影响，对流层中空气的湍流运动和 垂直方向混合比较强烈，主要的天气现象云雨风雪等 都发生在这一层，有可能形成污染物易于扩散的气象 条件，也可能生成对环境产生有危害的逆温气象条件。 因此，该层对大气污染物的扩散、输送和转化影响最大。 大气对流层的厚度不恒定，随地球纬度增高而降低，且与季节的变化有关，赤道附近约为15km,中纬度地区约为10～12 km，两极地区约为8km；同一地区，夏季比冬季厚。一般情况下，对流层中的气温沿垂直高度自下而上递减，约每升高100m平均降低0．65℃。 从地面向上至1～1.5 km高度范围内的对流层称为大气边界层，该层空气流动受地表影响
第一节大气污染物的扩散 一、湍流与湍流扩散理论 1. 湍流 低层大气中的风向是不断地变化，上下左右出现摆动；同时，风速也是时强时弱，形成迅速的阵风起伏。风的这种强度与方向随时间不规则的变化形成的空气运动称为大气湍流。湍流运动是由无数结构紧密的流体微团——湍涡组成，其特征量的时间与空间分布都具有随机性，但它们的统计平均值仍然遵循一定的规律。大气湍流的流动特征尺度一般取离地面的高度，比流体在管道内流动时要大得多，湍涡的大小及其发展基本不受空间的限制，因此在较小的平均风速下就能有很高的雷诺数，从而达到湍流状态。所以近地层的大气始终处于湍流状态，尤其在大气边界层内，气流受下垫面影响，湍流运动更为剧烈。大气湍流造成流场各部分强烈混合，能使局部的污染气体或微粒迅速扩散。烟团在大气的湍流混合作用下，由湍涡不断把烟气推向周围空气中，同时又将周围的空气卷入烟团，从而形成烟气的快速扩散稀释过程。 烟气在大气中的扩散特征取决于是否存在 湍流以及湍涡的尺度(直径)，如图5－7所示。 图5－7（a）为无湍流时，烟团仅仅依靠分子 扩散使烟团长大，烟团的扩散速率非常缓慢， 其扩散速率比湍流扩散小5～6个数量级；图5 －7（b）为烟团在远小于其尺度的湍涡中扩散， 由于烟团边缘受到小湍涡的扰动，逐渐与周边 空气混合而缓慢膨胀，浓度逐渐降低，烟流几乎呈直线向下风运动；图5－7（c）为烟团在与其尺度接近的湍涡中扩散，在湍涡的切入卷出作用下烟团被迅速撕裂，大幅度变形，横截面快速膨胀，因而扩散较快，烟流呈小摆幅曲线向下风运动；图5－7（d）为烟团在远大于其尺度的湍涡中扩散，烟团受大湍涡的卷吸扰动影响较弱，其本身膨胀有限，烟团在大湍涡的夹带下作较大摆幅的蛇形曲线运动。实际上烟云的扩散过程通常不是仅由上述单一情况所完成，因为大气中同时并存的湍涡具有各种不同的尺度。 根据湍流的形成与发展趋势，大气湍流可分为机械湍流和热力湍流两种形式。机械湍流是因地面的摩擦力使风在垂直方向产生速度梯度，或者由于地面障碍物(如山丘、树木与建筑物等)导致风向与风速的突然改变而造成的。热力湍流主要是由于地表受热不均匀，或因大气温度层结不稳定，在垂直方向产生温度梯度而造成的。一般近地面的大气湍流总是机械湍流和热力湍流的共同作用，其发展、结构特征及强弱决定于风速的大小、地面障碍物形成的粗糙度和低层大气的温度层结状况。 2. 湍流扩散与正态分布的基本理论 气体污染物进入大气后，一面随大气整体飘移，同时由于湍流混合，使污染物从高浓度区向低浓度区扩散稀释，其扩散程度取决于大气湍流的强度。大气污染的形成及其危害程度在于有害物质的浓度及其持续时间，大气扩散理论就是用数理方法来模拟各种大气污染源在
大气污染物扩散的高斯模型模拟：可视化模拟点源大气污染的扩散Gaussian Atmospheric Dispersion Model 突发性大气污染事故时有发生，对大气污染扩散进行模拟和分析，有利于减小事故的危害，减轻人员伤亡和财产损失。高斯扩散模型是国际原子能机构(IAEA)推荐使用于重气云扩散模拟的数学模型,该模型在非重气云扩散的应用日益广泛。高斯扩散模型是描述大气对有害气体的输移、扩散和稀释作用的物理或数学模型,是进行灾害预测和救援指挥的有力手段之一。 高斯扩散模型 高斯模型又分为高斯烟团模型和高斯烟羽模型。大气污染物泄漏分为瞬时泄漏和连续泄漏，瞬时泄漏是指污染物泄放的时间相对于污染物扩散的时间较短如突发泄漏等的情形，连续泄漏则是指污染物泄放的时间较长的情形。瞬时泄漏采用高斯烟团模型模拟，而连续泄漏采用高斯模型烟羽模型模拟。高斯模型适用于非重气云气体，包括轻气云和中性气云气体。要求气体在扩散过程中，风速均匀稳定。 在高斯烟团模型中，选择风向建立坐标系统，即取泄漏源为坐标原点，x轴指向风向，y轴表示在水平面内与风向垂直的方向，z轴则指向与水平面垂直的方向，具体公式见式: (mg/s); x、y、z轴上的扩散系数，需根据大气稳定度选择参数计算得到(m)；x、y、z表示x、y、z上的坐标值(m)；u 表示平均风速(m/s)；t表示扩散时间(s)；H 表示泄漏源的高度(m)。 同理，高斯烟羽模型的表达式如： 技术方法 若用高斯模型算出空间每一个点在一个时刻的污染浓度，这个计算量是很大的。因此所设计的系统一般都是采用先进行图层网格化，由高斯模型计算出有限个网格点的上的污染物浓度，在进行空间内插得到面上每一个点的污染物浓度，并由此得到污染物浓度的等值线。整个过程的示意图如图所示
数理统计课程作业报告 题目：郑州市主要空气污染物相关性分析课程：数理统计 学院：物流工程院 专业：物流工程专业 姓名：原上草 学号： 666666666668 2015年12月20 日
目录 一、研究背景 (4) 二、污染物各月数据特征分析 (4) 三、郑州与杭州空气质量比较分析 (6) 四、多元线性回归模型 (7) 4.1 PM2.5浓度相关性分析 (7) 4.2建立模型 (8) 4.3求解模型 (8) 4.4残差分析 (9) 4.5模型预测 (9) 五、总结 (10) 参考文献 (11) 附件程序 (12)
摘要 本文选取了2014年12 月至2015年11月期间郑州市主要空气污染物浓度数据，首先分析了郑州市各个月空气中PM2.5、PM10、CO、SO2和NO2的污染物浓度数据的特征值, 探讨了空气污染物浓度的时间变规律；然后对比了郑州市和杭州市AQI指标，分析空气污染物的空间变化规律；最后采用MATLAB软件分析了PM2.5与其它主要空气污染物之间的相关性得到了 350.39*143.99*20.032 =-+++-的多元线性回归模型，用12月份的y x x x x 数据进行预测PM2.5浓度与真实值比较，结果表明该模型能较好的拟合PM2.5与其它污染物间相关性。 关键词:多元线性回归；特征分析；空气污染物；相关性
一、研究背景 随着城市社会经济快速发展、资源能源消耗和污染物排放总量的增长，城市的空气污染问题越来越突出，长期积累的环境风险开始出现。在2 0 1 2 年2月，国家出台了新版《环境空气质量标准》（GB3095—2012)，调整了部分污染物浓度限值，并增设PM2.5和O3浓度限值，对环境监测环境管理和环境评价提出了新的要求。城市环境空气质量的好坏与气象条件密切相关，研究和解决空气质量问题，通过分析各污染物浓度之间相关性，才可能准确掌握城市大气污染规律，对改善城市空气质量、提高人民健康水平有重要意义。本文重点分析了郑州市PM2.5浓度与其他主要空气污染物浓度的相关性。 二、污染物数据特征分析 郑州市属北温带大陆性季风气候，冷暖适中、四季分明，春季干旱少雨，夏季炎热多雨，秋季晴朗日照长，冬季寒冷少雪。四季分明的特点在污染物的时空分布上也是表现的十分明显。本文对郑州市最近12个月空气中PM2.5、PM10、CO、SO2和NO2的污染物浓度特征值进行分析，主要污染物的变化情况如下所示： 表一：PM2.5浓度特征值 表二：PM10浓度特征值
大气污染物扩散的影响因素探究 地形地势对大气污染物的扩散和浓度分布有重要影响，下面是小编搜集整理的一篇探究大气污染物扩散影响因素的论文范文，供大家阅读了解。 1大气污染物扩散影响因素辨析 污染物从污染源排放到大气中，只是一系列复杂过程的开始，污染物在大气中的迁移、扩散是这些复杂过程的重要方面。这些过程都是发生在大气中，大气的性状在很大程度上影响污染物的时空分布。实践证明，风向、风速、大气稳定度、温度的空间差异、地面粗糙度、雨和雾等，是影响大气污染的主要因素。 污染物在大气中的扩散与过境风、湍流和温度梯度密切相关，过境风可使污染物向下风向迁移和扩散，湍流可使污染物向各方向扩散，温度梯度可使污染物发生质量扩散，风和湍流在污染物迁移过程中起主导作用。 根据湍流形成的原因可分为两种湍流，一种是动力湍流，它起因于有规律水平运动的气流遇到起伏不平的地形扰动所产生，它们主要取决于风速梯度和地面粗糙等;另一种是热力湍流，它起因于地表面温度与地表面附近的温度不均一，近地面部分空气受热膨胀而上升，随之上面的冷空气下降，从而形成垂直运动。湍流具极强的扩散能力，它比分子扩散快105-106倍，湍流越剧烈，污染物的扩散速度就越快，污染物浓度就越接近区域平均水平。 降水能有效地吸收、淋洗空气中的各种污染物;雾像一顶盖子，
虽然能稀释部分酸性污染物，却会使空气污染状况短时间内加剧。 地形地势对大气污染物的扩散和浓度分布有重要影响。山区地形、海陆界面、大中城市等复杂地形均对大气污染物扩散产生影响。 城市建筑密集，高度参差不齐，因此城市下垫面有较大的粗糙度，对风向、风速影响很大，一般说城市风速小于郊区，但由于有较大的粗糙度，城市上空的动力湍流明显大于郊区。 2各因素对大气污染物扩散的影响 2.1城市“热岛效应”.城市“热岛效应”的影响效果与城市规模有关。一般大城市中心区域与周围乡村温差可达7℃以上，而中等城市可达5℃左右。城市“热岛效应”对城市大气污染物扩散的主要影响体现在：加大了市中心区域空气扰动，其产生的热力湍流加速了该区域的污染物混合，同时在静小风情况下阻碍污染物向周边区域输送，使大气污染物更易于在城市中心区域聚集并滞留，所以一般城市中心区域大气污染物浓度较高。 2.2大气稳定度。大气稳定度对大气污染物扩散影响较大，大气稳定度从稳定到不稳定，决定了大气对污染物的扩散能力从难以扩散到有利于污染物扩散的过程。 2.3粗糙度。粗糙度对污染物扩散的影响分两方面：一是形成湍流，加快大气污染物混合，避免局部浓度过高现象发生;二是高层建筑容易形成类似过山气流的污染物闭塞区，使大气污染物在高层建筑背后避风区聚集并滞留，不容易向其它区域扩散。这也是大中城市中心区域大气污染物浓度一般高于周边地区的一个原因。
8点、中午12点、晚上9点都没有排放气体，该怎么算，是不是需要找到一个关于时间t的函数，来计算多长时间之后污染还剩下多少 c=Q./(2*pi*sigy.*sigz*u+eps)*exp(-0.5*(y.A2)./((sigy+eps).A2)).*(exp(-0.5*(z-H).A2./((sigz+eps).A2))+exp(-0.5*(z+H).A2./((sigz+ eps)A2))); 这个函数对吗？该调用什么函数？ 问题： 建立单污染源空气污染扩散模型，描述其对周围空气污染的动态影响规律。 现有河北境内某一工厂废气排放烟囱高50m，主要排放物为氮氧化物。早上9点至下午 3点期间的排放浓度为406.92mg/m3，排放速度为1200m3 /h;晚上10点-凌晨4点期间 的排放浓度为1160mg/m3，排放速度为5700m3 /h;通过你的扩散模型求解该工厂方圆51 公里分别在早上浓度8点、中午12点、晚上9点空气污染分布和空气质量等级。 源代码 clear all clc [x,y]=meshgrid(0:20:5100,0:20:5100); Q=135.64; z=1.5; H=50; u=1.94; sigy=0.3914238*x.A0.865014; sigz=0.0757182*x.A1.00770; c=Q./(2*pi*sigy.*sigz*u+eps).*exp(-0.5*(y.A2)./((sigy+eps).A2)).*(exp(-0.5*(z-H).A2./((sigz+eps).A2))+exp(-0.5*(z+H).A2./((sigz+ eps)A2))); mesh(x,y,c); xlabel('X'),ylabel('Y'),zlabel(C), clear all clc [x,y]=meshgrid(-5100:20:5100,-5100:20:5100); Q=1836.7; z=1.5; H=50; u=1.7; sigy=0.3914238*x.A0.865014; sigz=0.0757182*x.A1.00770; c=Q./(2*pi*sigy.*sigz*u+eps).*exp(-0.5*(y.A2)./((sigy+eps).A2)).*(exp(-0.5*(z-H).A2./((sigz+eps).A2))+exp(-0.5*(z+H).A2./((sigz+ eps)A2))); mesh(x,y,c); xlabel('X'),ylabel('Y'),zlabel(C), 分享到： 2015-05-29 16:32 提问者采纳 clear all [x,y]=meshgrid(-51000:100:51000,-51000:100:51000); Q=135.64; z=1.5; H=50; u=1.94; sigy=0.3914238*x.A0.865014;
大气污染控制工 课后答案 （第三版）主编：郝吉明马广大王书肖 目录 第一章概论 第二章燃烧与大气污染 第三章大气污染气象学 第四章大气扩散浓度估算模式 第五章颗粒污染物控制技术基础 第六章除尘装置 第七章气态污染物控制技术基础 第八章硫氧化物的污染控制 第九章固定源氮氧化物污染控制 第十章挥发性有机物污染控制 第十一章城市机动车污染控制
第一章概论
3 解：1) (g/m 3N ) 1.50 10 4 154 22.4 10 1.031g/m N 1.1干结空气中 2、O 2、Ar 和C02气体所占的质量百分数是多少? 解：按1mol 干空气计算，空气中各组分摩尔比即体积比， 故n N2=0.781mol, n °2=0.209mol . n Ar =0.00934mol, n co2=0.00033mo 。质量百分数为 0.781 28.01 100% 75.51%，02% 0.209 32.00 100% 23.08% ； 28.97 1 28.97 1 1.2根据我国的《环境空气质量标准》的二级标准，求出 SO 2、NO 2、CO 三种污染物日平 均浓度限值的体积分数。 解：由我国《环境空气质量标准》二级标准查得三种污染物日平均浓度限值如下: SO2： 0.15mg/m 3，NO2 : 0.12mg/m 3，CO ： 4.00mg/m 3。按标准状态下 1m 3干空气计算，其 1 103 摩尔数为1 -------- 44.643mol 。故三种污染物体积百分数分别为： 22.4 SO 2 ： 0.15 10 3 0.12 10 3 0.052ppm ， NO 2： 0.058ppm 64 44.643 46 44.643 CO : 3 4.00 10 3 —a 3.20 ppm 。 28 44.643 1.3 CC 4气体与空气混合成体积分数为 1.50X 10-4的混合气体，在管道中流动的流量为 10m 3N 、/s ，试确定：1) CCl 4在混合气体中的质量浓度 (g/m 3N )和摩尔浓度c (mol/m 3N ); 2)每天流经管道的CCl 4质量是多少千克？ Ar% 0.00934 39.94 28.97 1 1.29%，CO 2% 0.00033 44.01 28.97 1 0.05%。
1120663班大气题 一、填空： 1 气态污染物总体上可分为(含硫化合物，含氮化合物，碳氧化物，有机化合物，卤素化合物) 2常用的除尘器可分为(机械除尘器电除尘器袋式除尘器湿式除尘器) 3 大气污染物的来源可分为(人为污染源自然污染源)其中人为污染源按污染源的空间分布可分为(点源面源) 按照人们的社会活动功能不同，分为（生活污染源工业污染源交通污染源） 三种 4影响旋风除尘器效率的因素有（二次效应比例尺寸烟尘的物理性质操作变量） 5根据气温在垂直于下垫面方向上的分布，可将大气圈分为（对流层平流层中间层暖层散逸层） 二、名词解释： 1 温室效应 2 燃烧 3 可吸入颗粒物 4二次污染物 5空燃比 答案 1 大气中的二氧化碳和其他微量元素如加完，一氧化二氮，臭
氧，氟氯烃，水蒸汽等，可以使太阳短波辐射几乎无衰减的通过，但却可以吸收地表的长波辐射，由此引起全球气温升高的现象，称为温室效应。 2可燃混合物的快速氧化过程，并伴随着能量的释放，同时使燃料的组成元素转化为相应的氧化物 3 指能悬浮在空气中，空气动力学当量直径<=10微米的颗粒物 4 指有一次污染物与大气中已有组分或几种一次污染物之间经过一系列化学或光学反应而生成的与一次污染物不同的新污染物质 5单位质量燃料所需要的空气质量 四、简答题 1.除尘过程的机理？ 答：将含尘气体引入具有一种或几种力作用的除尘器，是颗粒相对其运载气流产生一定的位移，并从气流中分离出来，最后沉淀在捕系表面上。 2、简述燃料中硫的氧化过程 答：煤受热后，煤中有机硫与无机硫也挥发出来，松散结合的有机硫在低温（小于700K）下分解。紧密结合的有机硫在高温（800K）下分解释出。 3、简述高斯扩散模式的假定及其扩散种类？ 答：(1)污染物浓度在y、z轴上的分布符合高斯分布（正态分布）；在全部空间中风速是均匀的、稳定的； 源强是连续均匀的；
《大气污染控制技术》习题四 第四章 大气扩散浓度估算模式 4.1 污染源的东侧为峭壁，其高度比污染源高得多。设有效源高为H ，污染源到峭壁的距离为L ，峭壁对烟流扩散起全反射作用。试推导吹南风时高架连续点源的扩散模式。当吹北风时，这一模式又变成何种形式？ 解： 吹南风时以风向为x 轴，y 轴指向峭壁，原点为点源在地面上的投影。若不存在峭壁，则有 ]}2)(exp[]2)(){exp[2exp(2),,,(2 2 2222' z z y z y H z H z y u Q H z y x σσσσσπρ+-+---= 现存在峭壁，可考虑ρ为实源与虚源在所关心点贡献之和。 实源]}2)(exp[]2)(){exp[2exp(22 2 22221z z y z y H z H z y u Q σσσσσπρ+-+---= 虚源]}2)(exp[]2)(]{exp[2)2(exp[22 2 22222z z y z y H z H z y L u Q σσσσσπρ+-+----= 因此]}2)(exp[]2)(){exp[2exp(22 2 2222z z y z y H z H z y u Q σσσσσπρ+-+---=+ ]}2)(exp[]2)(]{exp[2)2(exp[22 2 2222z z y z y H z H z y L u Q σσσσσπ+-+---- =]}2)(exp[]2)(]}{exp[2)2(exp[)2{exp(22 2 222222z z y y z y H z H z y L y u Q σσσσσσπ+-+----+- 刮北风时，坐标系建立不变，则结果仍为上式。 4.2 某发电厂烟囱高度120m ，内径5m ，排放速度13.5m/s ，烟气温度为418K 。大气温度288K ，大气为中性层结，源高处的平均风速为4m/s 。试用霍兰德、布里格斯（x<=10H s ）、国家标准GB/T13201－91中的公式计算烟气抬升高度。 解： 霍兰德公式 m D T T T u D v H s a s s 16.96)5418 288 4187.25.1(455.13)7 .25.1(=?-?+?=-+= ?。 布里格斯公式 kW kW D v T T T Q s s a s H 210002952155.1341828841810 6.9 7.2106.97.223 2 3>=??-??=-??= --
大气污染扩散 第一节大气结构与气象 有效地防止大气污染的途径，除了采用除尘及废气净化装置等各种工程技术手段外，还需充分利用大气的湍流混合作用对污染物的扩散稀释能力，即大气的自净能力。污染物从污染源排放到大气中的扩散过程及其危害程度，主要决定于气象因素，此外还与污染物的特征和排放特性，以及排放区的地形地貌状况有关。下面简要介绍大气结构以及气象条件的一些基本概念。 一、大气的结构 气象学中的大气是指地球引力作用下包围地球的空气层，其最外层的界限难以确定。通常把自地面至1200 km左右范围内的空气层称做大气圈或大气层，而空气总质量的98．2％集中在距离地球表面30 km以下。超过1200 km的范围，由于空气极其稀薄，一般视为宇宙空间。 自然状态的大气由多种气体的混合物、水蒸气和悬浮微粒组成。其中，纯净干空气中的氧气、氮气和氩气三种主要成分的总和占空气体积的99.97％，它们之间的比例从地面直到90km高空基本不变，为大气的恒定的组分；二氧化碳由于燃料燃烧和动物的呼吸，陆地的含量比海上多，臭氧主要集中在55～60km高空，水蒸气含量在4％以下，在极地或沙漠区的体积分数接近于零，这些为大气的可变的组分；而来源于人类社会生产和火山爆发、森林火灾、海啸、地震等暂时性的灾害排放的煤烟、粉尘、氯化氢、硫化氢、硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物为大气的不定的组分。 大气的结构是指垂直（即竖直）方向上大气的 密度、温度及其组成的分布状况。根据大气温度在 垂直方向上的分布规律，可将大气划分为四层：对 流层、平流层、中间层和暖层，如图5－1所示。 1. 对流层 对流层是大气圈最靠近地面的一层，集中了大 气质量的75％和几乎全部的水蒸气、微尘杂质。受 太阳辐射与大气环流的影响，对流层中空气的湍流 运动和垂直方向混合比较强烈，主要的天气现象云 雨风雪等都发生在这一层，有可能形成污染物易于 扩散的气象条件，也可能生成对环境产生有危害的 逆温气象条件。因此，该层对大气污染物的扩散、输送和转化影响最大。 大气对流层的厚度不恒定，随地球纬度增高而降低，且与季节的变化有关，赤道附近约