第四章 大气扩散浓度模式

1、霍兰德公式
vs D TS Ta 1 3 H (1.5 2.7 D) (1.5vs D 9.6 10 QH ) Ts u u
式中 vs :烟气出口流速 m/s D：烟囱出口内径 m u：烟囱出口处的平均风速 m/s Ts：烟囱出口处的平均温度 K Ta：环境大气温度 K QH：烟气的热释放率 kW
第三节 污染物浓度的估算
一、烟气抬升高度的计算
1、 有效源高 烟囱的有效高度H应为烟囱的几何高度Hs 与烟流抬升 高度△H之和，即 H=Hs+△H (4-15) 对某一烟囱来说。几何高度巳定，只要能计算出烟流 抬升高度，有效源高随之确定。 因此, 正确估算有效源高，对大气环境质量控制和烟 囱高度的设计具有重要意义。
高斯模式的有关假定-坐标系
高斯模式的有关假定-四点假设
2、四点假设
(1)污染物浓度在y、z轴上的分布符合高斯分布(正态 分布)； (2)在全部空间中风速是均匀的、稳定的 (3)源强是连续均匀的 (4)在扩散过程中污染物质量是守恒的。 对后述的模式，只要没有特别指明，以上四点假 设条件都是遵守的。
第二节 高斯扩散模式
一、高斯模式的有关假定 1、坐标系 右手坐标，y为横风向，z为垂直方向. 原点为排放点或高架源在地面的投影点，x轴 正向为平均风向，y轴在水平面上垂直于x轴， 正向在x轴的左侧，z轴垂直于水平面xoy, 向上为正向，即为右手坐标系。在这种坐标 系中，烟流中心线或与x轴重合，或在xoy面 上的投影为x轴。
2、烟气抬升的原因
原因：
(1)排放源及排放烟气的性质 初始动量 温度差 (2)环境大气的性质烟流与周围大气的混合速率 （3）下垫面性质 此外,平均风速、风速垂直切变及大气稳定度等 对烟流抬升都有影响。
2、烟气抬升计算公式
烟气抬升公式 1霍兰德公式 2布里吉斯公式 3我国的“制订原则和方法”中推荐的公式 由于影响烟流抬升的因素多而复杂，还没 有一个通用的计算公式。现在所用的经验 或半经验公式
(3)地面最大浓度(地面轴线最大浓度)模式
max
2Q z 2 uH e yFra bibliotekx=xρ max
H z 2
四、地面连续点源扩散模式
由高架连续点源模式令有效源高H=0得到
y2 z2 ( x, y, z ,0) exp[ ( 2 )] 2 2 y 2 z u y z Q
2、源强Q 无论高架源还是地面源连续排放稳定的点源， 源强Q为定值（g/s） mg/s
六、高斯模式使用条件
3、平均风速 讨论题： 当风速=0的时候，高斯公式会怎么样？
高斯公式要求≥1m/s, 当＜1m/s时就不用高斯模式 而用其它模式处理。 变量 实际计算时风速如何取 ? 烟流抬升相对稳定后 整个烟云垂直范围内的平均风速。
Q y2 ( z H )2 2 exp[ ( 2 )] 2 2 y 2 z 2 u y z
高架连续点源在正态分布假设下 扩散模式推导（接上页）
P点的实际污染物浓度应为实源和像源作用之和， 即
ρ =ρ 1+ρ
2
Q y2 (z H )2 (z H )2 ( x, y , z , H ) exp[ ( 2 ){exp[ ] exp[ ]} 2 2 2 y 2 z 2 z 2 u y z
2 H (1.5vs D 0.01QH ) u
3、中国国家标准
（4） 当10m高处的年平均风速小于或等于 1.5 m/s时：
H 5.5Q
1/ 4 H
dTa 3 / 8 ( 0.0098 ) dZ
式中：为排放源高度以上的气温直减率，K/m , 取值不得小于0.01 K/m
p:92例4-1
Q y2 z2 ( x) exp[ ( 2 )] 2 2 y 2 z 2 u y z
比较两式可见，地面连续点源所造成的污染物浓度 恰是无界空间连续点源所造成的浓度的两倍。
五、颗粒物扩散模式
排气筒排放的粒径大于15μ m的颗粒物，由于明显的重力沉降作 用，可按倾斜烟流模式计算地面浓度。
2 dpp
vt
18
g
六、高斯模式使用条件讨论
Q y2 (z H )2 (z H )2 ( x, y , z , H ) exp[ ( 2 ){exp[ ] exp[ ]} 2 2 2 y 2 z 2 z 2 u y z
1、 ( x, y, z, H ) 是空间位置和有效源高的函数。 是某一时段的 平均值，其平均时段与u和σyσz的相同。
二、扩散参数的确定
P-G扩散曲线法和中国国家标准规定的方法 两 种 扩散参数值确定，有效源高H确定，这样就可 用前面导出的气体扩散模式进行浓度估算。
扩散参数可以现场测定；风洞模拟实验确定； 经 验公式或图表估算。
1、P-G扩散曲线法
1、P-G扩散曲线法 帕斯奎尔于1961年推荐了一种方法．仅需常规气象观 测资料就可估算σy和σz的方法 古福德进一步将它作成应用更方便的图表，所以这种方 法又简称P—G曲线法。 步骤 （1） 根据太阳辐射情况(云量、云状和日照)和离地面 10m高处的风速(称为地面风速) u10，将大气的扩散稀 释能力划分为A—F六个稳定度级别。表4-3p93 （2） 用曲线来表示每一个稳定度级别的σy和σz随下风距 离的变化。查图4-4 p93\查图4-5p94 或表4-4 p95
σy和σz是距离x的函数，而且随x的增大而增大。
Q
H2 ( x,0,0, H ) exp( ) 2 2 z u y z Q
随x的增大而减小。
u y z
H2 exp( ) 2 2 z
随x的增大而增大。共同作用的结果，必然在 某一距离x处出现浓度的最大值。
几种特殊情况下的计算公式
几种特殊情况下的计算公式
(2)地面轴线浓度模式 地面浓度是以x轴为对称的，轴线x上具有 最大值、 向两侧（如y方向）逐渐减小，由 式 (4—8)在y＝0时得到地面轴线浓度。
H ( x,0,0, H ) exp( ) 2 2 z u y z
Q
2
几种特殊情况下的计算公式
(3)地面最大浓度(地面轴线最大浓度)模式
T TS
3、中国国家标准
（2）1700 kW＜QH＜2100 kW时 △H= △H1+(△H2-△H1) QH 1700
400
2(1.5vs D 0.01QH ) 0.048 (QH 1700 ) △H1= u u
△H2=n0 QHn1 Hs n2 u-1 计算的抬升高度。 （3） 当QH≤1700 kW或（Ts- Ta）＜35 K时： 是霍兰德公式计算值的2倍
1、梯度输送理论-菲克定律
2、湍流统计理论
泰勒：首先应用统计学方法研究湍流扩散问题，于 1921年提出了著名的泰勒公式。假定大气湍流场是均 匀、稳定的，那么粒子的浓度分布以风向x轴为对称 轴，符合正态分布。 萨顿 首先应用泰勒公式，提出了解决污染物在大气中扩 散的实用模式。 高斯：在大量实测资料分析基础上，应用湍流统计理论 得到了正态分布假设下的扩散模式，即高斯模式。 应用较广。 3、相似理论
( H vt x / u ) 2 (1 )Q y2 ( x, y,0, H ) exp ( 2 ){exp[ ] 2 2 y 2 z 2 u y z
α： 颗 粒 的 地 面 反 射 系 数 ， 表 4 - 1 查 （89页） 0-0.8 vt：颗粒的重力沉降速度，m/s dp: 颗粒直径，m ρp：颗粒密度，kg/m3 g ：重力加速度， m/s2
高架连续点源高斯模式的推导
实源的作用：P点在以实源为原点的坐标系中的垂直坐标(距烟流中心线的垂直 距离)为(z-H)。当不考虑地面影响时，它在P点所造成的污染物浓度按式(4-6)
Q y2 ( z H )2 1 exp[ ( )] 2 2 2 y 2 z 2 u y z
像源的作用：P点在以像源为原点的坐标系中的垂直坐标 (距像源的烟流中心线 的垂直距离)为(z十H)。它在P点产生的污染物浓度也按式〔4-6〕计算，则为
3、中国国家标准
（1） QH≥2100 kW和（Ts- Ta）≥35 K时 △H =n0 QHn1 Hs n2 u-1 QH = 0.35PaQv △T=Ts-Ta 式中： n0 n1 n2 ： :系数，按表4-2P:91选取 Pa ：大气压力，hPa , 取临近气象站年平均值 Qv ：实际排烟量 ，m3/s
使用范围：中性大气条件 对非中性大气条件修正：对不稳定条件，烟气抬升高 度增加10%-20%，对稳定条件， 烟气抬升高度减 少10-20%
2、布里格斯公式
计算值和实测值比较接近，不稳定和中性。 当QH＞21000 kW时 x＜10Hs △H=0.362 QH1/3x2/3u-1
x＞10Hs △H =1.55 QH1/3 Hs 2/3 u-1 当QH＜21000 kW时, x＜3x* △H =0.362 QH1/3x1/3 u-1 x＞3x* △H =0.332 QH3/5Hs 2/5 x* = 0.33 QH2/5 Hs 5/3 u -6/5 x*：大气湍流特征距离 x＞x* 时， 大气湍流对烟 气抬升起主要作用。
第四章 大气扩散浓度估计模式
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 湍流扩散的基本理论 高斯扩散模式 污染物浓度的估算 特殊气象条件下的扩散模式 城市及山区的扩散模式 烟囱高度的设计 厂址的选择
第一节
湍流扩散的基本理论
一、湍流概念简介
定义：大气的无规则运动称为大气湍流。风速的脉 动和风向的摆动就是湍流作用的结果。 形成原因：热力湍流和机械湍流。 热力湍流是由于温度分布不均匀引起的，它的强 度主要取决于大气温度； 机械湍流是由于垂直方向风速分布不均匀及地面 粗糙度引起的，它的强度主要决定于风速梯度和 地面粗糙度。 小结：湍流有极强的扩散能力。但在风场运动的主 风方向上，由于平均风速比脉动风速大得多，所 以在主风方向上，风的平流输送作用是主要的。 风速越大，湍流越强。