Tính toán khuếch tán nguồn điểm cao

5 Ngu n đi m • Là nguồn có d ng ống khói, đứng độc lập ở chỗ trống không bị các chướng ng i vật như đồi núi hay nhà cửa che chắn xung quanh hoặc đứng trong quần thể các công trình nhưng

TÍNH TOỄN KHU CH TỄN CH T

Ô NHI M TỪ CỄC NGU N

ĐI M CAO

N I DUNG

3.1 Phân lọi ngu n th̉i

3

3.1 Phân lọi ngu n th̉i

4

 Ngu n đi m: ống khói, ống xả khí  Chất ô nhiễm thoát ra từ 1 điểm

là miệng ống khói, miệng ống x khí

 Ngu n đư ng: cửa mái thoát gió nhà công nghiệp, ôtô nối đuôi

nhau chạy trên đường  Chất ô nhiễm bốc vào khí quyển thành vệt dài

 Ngu n mặt: bãi chứa vật liệu có bốc bụi, bốc hơi khí độc hại  chất

ô nhiễm bốc vào khí quyển từ 1 bề mặt có diện tích rộng

5

Ngu n đi m

• Là nguồn có d ng ống khói, đứng độc lập ở chỗ trống không bị

các chướng ng i vật như đồi núi hay nhà cửa che chắn xung quanh hoặc đứng trong quần thể các công trình nhưng độ cao của nó vượt ra ngoài vùng bóng khí động do các vật cản hoặc

công trình nhà cửa xung quanh gây ra

• Thông thường ống khói có độ cao ≥ 2,5 lần chiều cao của các

chướng ng i vật hoặc công trình lân cận  thì được xem là

nguồn điểm cao

 Ngu n đi m th p:

• Ngược lại với những điều vừa nêu ta sẽ có nguồn điểm thấp

7

Phương trình vi phân c a quá trình

khu ch tán (TI P)

Các trường hợp khu ch tán m t chi u, hai chi u

M t s k t lu n

 Nồng độ ô nhĩm tỉ lệ thuận bậc nhất với cường độ phát thải

 Sự pha loãng khí thải bằng cách hòa trộn thêm không khí vào khí thải

không có tác dụng đáng kể đến việc giảm nồng độ chất ô nhĩm trên mặt đất

• Thêm không khí để pha loãng khí thải  sẽ làm tăng chiều cao hiệu

qu của ống khói do vận tốc thoát khí ở miệng ống khói tăng  Điều này có ý nghĩa khi vận tốc gió bé

• Khi pha loãng khí thải thì nhiệt độ của nó sẽ giảm  do đó độ nâng cao luồng khói do nhiệt sẽ gi m

• Tóm lại, sự pha loãng có tác dụng trực tiếp đến sự gi m nồng độ

chất ô nhiễm trong luồng khói ở vùng gần ống khói

 Chi u cao hi u qủ c a ng kh́i g m 3 thành phần : chiều cao hình

học h, độ nâng luồng khói do vận tốc thoát ∆hv và độ nâng luồng khói do chênh lệch nhiệt độ ∆ht :

H = h + ∆hv + ∆ht

 Vị trí trên mặt đất có nồng độ cực đại Cmax là hàm số của độ ổn định khí quyển

• Trong điều kiện không ổn định  vị trí có C max nằm gần ống khói

• Khi khí quyển càng ổn định  vị trí có C max càng nằm xa ống khói

11

3.3 Tính toán phân b n ng độ

ch t ô nhi m theo mô hình Gauss

 M: tải lượng các chất ô nhĩm từ nguồn thải (mg/s)

 u: vận tốc gió trung bình ở độ cao hiệu quả của ống khói (m/s)

 hệ số khuếch tán theo phương ngang và phương đứng (m)

 Đây là công thức cơ sở của mô hình lan truyền chất ô nhiễm theo

luật phân ph́i chuẩn Gauss (gọi tắt là mô hình Gauss cơ sở)

Ṣ bi n ḍng c a mô hình Gauss cơ sở (TI P)

 N ng độ t̉ng cộng tính đực t̀ (3.30) và (3.31) là:

(3.32)

 Đây chính là công thức tính toán khuếch tán chất ô nhiễm từ nguồn điểm

cao liên tục và h̀ng ś theo mô hình Gauss mà cho đến nay vẫn còn được áp dụng khá phổ biến Cũng có thể gọi công thức (3.32) là mô hình Pasquill –

Gifford

Ṣ bi n ḍng c a mô hình Gauss cơ sở (TI P)

 Để tính nồng độ cực đại Cmax trên mặt đất, ta có thể giả thiết gần đúng rằng tỉ số σy/σz là không phụ thuộc vào x, tức hằng số Lúc đó ta lấy đạo hàm phương trình (3.34) theo σz và cho triệt tiêu ta sẽ có:

(3.35)

 Nếu biết mối quan hệ của σz phụ thuộc vào x, ta có thể tính toán khoảng cách xM từ (3.35), sau đó tính σy phụ thuộc vào xM bằng biểu đồ hình 3.9 hoặc bảng 3.2 rồi thay vào (3.34) ta có:

(3.36)

H s khu ch tán σy và σz

 Để áp dụng được các công thức tính toán khuếch tán theo mô hình

Gauss cần phải biết các giá trị của các hệ số σy và σz

H s khu ch tán σy và σz ( TI P)

H s khu ch tán σy và σz ( TI P)

 Ngoài dạng biểu đồ, Briggs G đã gia công các số liệu thực nghiệm của Gifford thành dạng công thức để áp dụng được thuận tiện khi tính toán, nhất là khi cần lập trình trên máy tính điện tử

 Công thức tính toán σy và σz do Briggs G lập đối với khoảng cách x từ

100 – 10 000 m được thể hiện ở bảng 3.2

1 2

0,24x(1+0,0001x)

1 2

0,14x(1+0,0003x)

E – F 0,11x(1+0,0004x)12

1 2

0,08x(1+0,00015x)

Các cấp ổn định c a kh́ quyển

 Theo Pasquill và Gifford các cấp ổn định khí quyển có liên quan chặt chẽ tới sự biến thiên nhiệt độ không khí theo độ cao  Tùy theo chiều

hướng và mức độ thay đổi nhiệt độ theo chiều cao ta có các trường hợp:

 Sự biến thiên nhiệt độ theo chiều cao phụ thuộc vào các yếu tố thời tiết như bức xạ mặt trời ban ngày, độ mây ban đêm, vận tốc gió,…

t khí hậu khác nhau do Pasquill đ xu t ứng với các đường cong σy

và σz trên các biểu đồ hình 3.9 và 3.10

Các cấp ổn định c a kh́ quyển (ti p)

• Các cấp ổn định A, B,…, F tương ứng với các ký hiệu trên biểu đồ 3.9 và 3.10

• Độ mây được xác định như là t̉ lệ vùng trời bị mây phủ so với toàn bộ bầu trời nhìn thấy trên đường chân trời

• Bức xạ mặt trời mạnh ứng với trường hợp nắng gắt vào buổi trưa giữa mùa hè

• Bức xạ mặt trời yếu ứng với trường hợp nắng vào buổi trưa giữa mùa đông

• Điều kiện trung tính áp dụng cho trường hợp trời nhiều mây ban ngày hoặc ban đêm

• Vào ban đêm khi gió yếu (< 2 m/s) và trời trong, đó là điều kiện hình thành nhiều sương giá, sự lan tỏa theo chiều đứng sẽ nhỏ hơn rõ rệt so với cấp F, do đó ở bảng 3.4 để trống không xác định cấp ổn định nào bởi vì luồng khói ít có khả năng di chuyển theo 1 hướng nhất định

• Đối với các cấp ổn định trung gian A – B, B – C,…các hệ số σ y và σ z được lấy giá trị trung bình của 2 cấp tương ứng

BÀI T P 1 (tương ṭ v́ d 3.4.1/tr 88, Ô nhi m không kh́

và xử lỦ kh́ th̉i ậ T p 1)

Tính toán nồng độ chất ô nhĩm Cx trên mặt đất ở vị trí cách nguồn thải

x = 3 km nằm trên trục gió đi qua nguồn & nồng độ cực đại trên mặt đất

Cmax theo công thức tính toán của Pasquill và Gifford (mô hình Gauss), biết:

 Chiều cao hiệu quả của nguồn thải H = 80 m

 Tải lượng chất ô nhĩm M = 450 g/s

 Vận tốc gió trung bình u = 4,5 m/s

Yêu cầu tính toán cho các trường hợp sau:

a Khí quyển không ổn định vừa (cấp ổn định B)

b Khí quyển có mức ổn định trung tính (cấp ổn định D)

c Khí quyển ổn định vừa (cấp ổn định F)

Nhận xét các kết quả tính toán Cx và Cmax cho 3 trường hợp trên

27

C A NG KHÓI

CHI U CAO HI U QUẢ C A NG KHÓI

• Tại miệng ống khói, nhờ vận tốc phụt , luồng khói có 1

động năng ban đầu làm cho nó có xu hướng bốc thẳng

đứng lên trên

• Mặt khác, do nhiệt độ của khói cao hơn nhiệt độ

không khí xung quanh  luồng khói chịu tác dụng

của lực nổi do chênh lệch nhiệt độ gây ra

• Cùng với các lực nâng, luồng khói chịu tác dụng của

lực gió nằm ngang  do đó đỉnh cao nhất của luồng

khói sẽ nằm cách ống khói 1 khoảng cách nhất định

nào đó xuôi theo chiều gió

• Khi đã đạt được độ cao ấy, tức là động năng ban đầu

của luồng khói đã bị triệt tiêu và nhiệt độ của khói đã

trở nên cân bằng với nhiệt độ khí quyển do kết quả

của quá trình hòa trộn không khí xung quanh  luồng

khói sẽ giữ phương nằm ngang song song với chiều

gió

Các công thức t́nh toán đ nâng cao

trung bình c a luồng khói

• Công thức c a Davidson W.F (tham khảo tài lịu)

• Công thức c a Bosanquet ậ Garey và Halton (tham

khảo tài lịu)

• Công thức c a Holland (tham khảo tài lịu)

• Công thức Briggs G.A

Công thức Briggs G.A

• Các phương pháp hiện đại để xác định độ nâng của luồng khói trong điều kiện khí quyển ổn định hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu do có cơ sở lý

thuyết khá rõ ràng và có thể tiến hành quan trắc, đo đạc thực tế tương đối đơn giản để bổ sung cho lý thuyết

• Trong điều kiện ổn định, ở giai đoạn đầu của sự phát triển luồng khói dưới tác dụng của lực nổi  độ rối bên trong của luồng chiếm ưu thế so với độ rối của không khí xung quanh

• Tuy nhiên, trong điều kiện trung tính và không ổn định của khí quyển 

luồng khói uốn lượn nhưng cuối cùng cũng đạt được độ cao mà tại đó độ rối bên ngoài trở nên đáng kể hơn so với độ rối bên trong luồng, lúc đó luồng khói ngừng phát triển  Trường hợp này rất phức tạp cho công việc nghiên cứu và quan sát, tuy nhiên lại là trường hợp khá phổ biến

Công thức Briggs G.A (ti p)

 ω – vận tốc ban đầu của luồng khói tại miệng ống khói, m/s

 D – đường kính của miệng ống khói, m

 T khói & Txq: nhiệt độ tuyệt đối của luồng khói & không khí xung quanh, K

 Riêng với cấp trung t́nh c a kh́ quyển (cấp ổn định D), Briggs còn đưa

• h – chiều cao thực tế của ống khói, m

Công thức Briggs G.A (ti p)

 Trường hợp có nghịch nhi t, công thức Briggs có dạng :

(3.58)

 Khi trời đứng gió, độ nâng cao luồng khói xác định theo công thức:

(3.59)

Công thức Briggs G.A (ti p)

Trường hợp tác dụng của lực nổi là chủ yếu (ứng với các cấp ổn định E, F: khí quyển ổn định):

• Cấp ổn định E: ƏT/Əz = 0,02 K/m

• Cấp ổn định F: ƏT/Əz = 0,035 K/m

CHI U CAO HI U QUẢ C A NG KHÓI