7第三章6各种条件下的扩散计算

3.6.1封闭型扩散计算此时，扩散具有2个反射面的特征，即逆温层和地面，应用像源法。1.实源在2个反射面的另一侧等距离处都能成像，即一次像源2.2个一次像源分别会在相对的反射面外侧形成2个二次像，进而三次像源，---222222(,,)exp()22(2)(2)expexp22yyznzzQyqxyzuzHnDzHnD实际工作中常采用分段模式进行计算近距离（xxD）：烟流的上界还没有触及逆温层底，即逆温层尚未影响到污染物的扩散，仍采用Gauss公式（即n=0）222222()()(,,)exp()expexp2222yzzyzQyzHzHqxyzu()0.472.152.15zDDHDxD远距离（xxu）：污染物经过两个界面的多次反射在垂直方向为均匀分布，但在横风向仍属于Gauss分布。（即n=2）22(,,)exp()22yyQyqxyzuD15.24)(HDxuz实际应用时取结果偏小2uDxxx在xDxxu，地面浓度采用线性内插方法zT00:0008:0012:0018:003.6.2熏烟型扩散计算3.6.2熏烟型扩散计算夜间，地面辐射冷却形成自地面向上的逆温层日出后，逆温层自下而上逐渐消散，变成不稳定层结原来处于稳定层结中的污染物，一方面由于上部仍有未完全消散的逆温层，污染物的扩散受抑制另一方面由于下部逆温层消失一定高度后变为不稳定层结，垂直混合到地面，从而形成熏烟型污染发生污染时，污染的范围较小，时间较短（10—20min），但可以造成很高的地面浓度对地面浓度有影响的是逆温层下部的污染物，故熏烟型的扩散公式和逆温层消失的高度zi有关，所以需知道滞留在逆温层下部(或可能滞留在上部)的污染物的成数（或质量），定义参变量p()/izspzH在垂直向高斯分布假设下，向下混合的烟流所占总量的成数：221111exp1exp2222pppdppdp则进入逆温层下部的污染物为：当逆温层消失高度为zi时，zi以下的浓度垂直向分布均匀，熏烟型扩散公式为：21()exp()22ppQpQdp22()(,,0,)exp()22yFiyFQpyqxyHuz当逆温层消失至烟流有效源高时，即zi=H，p=0，积分值等于0.5，即Q(p)=0.5Q。扩散公式为：当逆温层消失恰至烟流上缘时，即zi=H+2z，p=2，积分值等于1，即Q(p)=Q，扩散公式为：220.5(,,)exp()22yFiyFQyqxyzuz22(,,0,)exp()22yFiyFQyqxyHuz与封闭型扩散远距离处的扩散公式一致其中，yF为熏烟条件下的扩散参数。污染物向下混合之前处于稳定层结中，扩散参数应取E类或F类的值。发生漫烟污染后，垂直向均匀混合，z在公式中不出现。烟气向下混合的过程中y方向也同时扩展，所以应在y的基础上增加一个修正量，此时的扩散参数为yF，假定从烟流边界向外扩展15o（BirelyandHewson,1962）2.15H15H2.158oysyFystg熏烟过程需解决另一个的问题：逆温层向上消失的时间tm：逆温层自烟囱实际高度消散到包括整个烟流的高度所需的时间，亦即转入熏烟扩散的可能时间。tm依赖于逆温强度和地面的加热率。Pooler（1965）：2)(sisipamhzhzzRCtHewson（1945）：22/4misTtzhK熏烟扩散的三种形式：逆温破坏，出现热对流，形成的混合层城市热岛效应生成城市混合层水陆交接地区岸上热力内边界层熏烟型扩散与封闭型扩散的不同：熏烟型扩散的烟流原先处于稳定层结中，随后污染物扑向地面；而封闭型扩散烟流原先处于不稳定层结内，污染物并无积聚，对地面影响较轻熏烟型扩散过程持续的时间很短暂，而封闭型扩散过程往往持续很长的时间熏烟型扩散过程造成的地面污染物高浓度落地点范围窄小，但离源距离变化很大，视逆温强度、平均风速等而定；封闭型扩散过程造成的范围较大，影响相对稳定3.6.3微风扩散计算基本高斯扩散公式是在源高处水平风速不太小的条件下导出的，忽略水平纵向的扩散作用。夜间，微风（1m/s），逆温(1K/100m)，高斯烟流公式仍适用。若按P-G扩散参数体系，稳定度为F或G，→y和z很小，→污染浓度很高。但实际情况并不完全如此。计算值明显偏高。微风逆温条件下的扩散特性：1.铅直和水平扩散有明显差异，不能划分在同一稳定度类别，应分别处理，如铅直向扩散参数取E、F类值，水平向扩散参数取A、B类值。2.微风时常伴有缓慢大幅度的水平偏转，可能造成比一般情形大得多的水平扩散。在有条件的情况下，直接应用脉动方法运用风向脉动标准差A和E来求y和z。3.6.3微风扩散计算微风逆温条件下的扩散处理方法：1.仍用Gauss公式，但对扩散参数分别处理。扩散参数的正确确定是关键。如果有风向脉动测量，可以直接计算y，z。根据水平脉动摆角确定稳定度级别求y，可以根据温度梯度确定稳定度级别求z。3.6.3微风扩散计算微风逆温条件下的扩散处理方法：2.假定污染物在一定风向范围RA内横风向分布均匀，垂直向仍为正态分布。3.6.3微风扩散计算)2exp()(),(22zzxAzxq连续性条件2()2zAQAxuxR222(,)exp()22zzAQzqxzuxR202(,)AAxRxRuqxzdydzQ)2exp()(),(22zzxAzxq风速很小，x向的扩散需考虑扩散参数随时间变化，且水平扩散增大风场随时间变化，还需考虑大湍涡的作用准定常高斯烟流模式，不再适用采用烟团积分模式处理出发点：空间某点的污染物浓度由源不断释放的烟团的扩散贡献的叠加结果3.6.4准静风烟囱扩散计算假定大气是静止的，设有一瞬时烟团，源强为Q，考虑最简单的情形，在无界空间以随风飘移的烟团中心为坐标原点，x，y，z向符合正态分布：)2exp()2exp()2exp()()0;,,,(222222zyxzyxtAtzyxqQdxdydzzyxq),,(依据连续条件zyxQA232）（若以瞬时点源为原点，x轴与平均方向一致，则扩散方程为：22232222()(,,,;0)exp()exp()exp()222(2)xyzxyzQxutyzqxyzt现考虑连续点源扩散情形，设连续点源的源强为Q，可以把在t时间内释放的污染物Qt看做是一个瞬时释放的烟团。在t’时刻从（0，0，H）释放一个烟团，t时刻在位置(x，y，z)上的浓度为：（T=t-t’）'232''''22222'2'2'(,,,;)(())exp()2(2)()()exp()exp()exp()222xxyzyzzqxyztHQtxuttttttttttyzHzHttttttP176，式（3.245）连续点源在经历t时间后，在(x,y,z)所造成浓度单个烟团公式的积分：))(2)(exp())(2)(exp())(2exp())(2)(exp()()()()2();,,,(22222222230THzTHzTyTTuxTTTQdTHtzyxqzzyxzyxP175，式（3.239）积分限的物理意义：设t=1s,间隔t,排放一个烟团,T=0,1,2,3,…,NT=0，计算刚释放的烟团对接受点浓度的贡献；T=1，计算前1秒释放的烟团对接受点浓度的贡献……,在(x，y，z)处的浓度是所有烟团浓度贡献之和。在实际计算中只要t取得合适的精度就可以用差分代替微分，积分限计算点前后一小时的各烟团浓度贡献就可以满足精度要求。x、y和z是瞬时烟团扩散参数，它们是烟团运行时间或距离的函数，即x=x(T)；y=y(T)；z=z(T)。或根据x=uT关系表示成距离的函数。Turner(1964)扩散参数，P177-178，图3.48表3.50准静风条件下湍流观测研究资料较少，求取瞬时烟团扩散参数尚缺乏成熟、可推广使用的方法。这是发展瞬时烟团模式的一个主要困难。