Моделирование расчета загрязнений в атмосфере выбросами линейного источника

Максимальное значение приземной концентрации вредных веществ С_m (мг/м³) при выбросе газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем достигается при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии Х_m (м) от источника и определяется по формуле

, (1)

где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы;

М – масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, г/с;

F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредного вещества в атмосферном воздухе;

m, n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газо-воздушной смеси из устья источника выброса;

Н – высота источника выброса над уровнем земли, м;

 – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности;

Т – разность между температурой выбрасываемой газо-воздушной смеси и температурой окружающего атмосферного воздуха, С;

V₁ – расход газовоздушной смеси, м³/с.

Определяем расход газовоздушной смеси V₁, м³/ с

,

где D – диаметр устья источника выброса, м;

W₀ – средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья, м/с.

Для источника выброса с квадратным устьем рассчитываем диаметр эквивалентный D_э по формуле

,

где L – длина устья, м;

В – ширина устья, м.

Значения коэффициентов m и n определяются в зависимости от параметров f, v_m, v_m, q_e, которые рассчитываются по формулам

;

;

;

.

Коэффициент m определяем по формуле

при q < 100

.

Коэффициент n при q < 100 и v_м  2 принимается равным единице, n = 1.

В формуле (1) определяем максимальное значение приземной концентрации вредных веществ С_m.

Величина Х`_m находится по формуле

Х`_m = d · H,

где при f < 100 находим по формулам

при v_m ≤ 0,3

;

при 0,3 < v_m < 2

;

при v_m > 2

;

при f ≥ 100

при v`_m ≤ 0.3

d = 5.7 ;

при 0.3 < v`_m ≤ 2

d = 11.4 · v`_m ;

при v`_m > 2

d = 1.6 .

Расстояние Х_m (м) от источника выбросов, на котором приземная концентрация С при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения С_m, определяется по формуле

,

где d – безразмерный коэффициент при f < 100 находим по формулам

при v_m < 0,5

;

при 0,5 < v_m < 2

;

при v_m > 2

;

при f ≥ 100

при v`_m ≤ 0.5

d = 5.7;

при 0.5 < v`_m ≤ 2

d = 11.4 · v`_m ;

при v`_m > 2

d = 1.6 .

Значение опасной скорости u_m (м/с) на уровне флюгера, при котором достигается наибольшее значение приземной концентрации вещества С_m в случае q < 100 и v_m > 2, определяется по формуле

при 0,5< v_m≤ 2

u_m = v_m.

Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества С_mu (мг/м³) при неблагоприятных метеорологических условиях и скорости ветра u (м/с), отличающейся от опасной скорости ветра u_m (м/с), определяют по формуле

,

где r – безразмерная величина при u/u_m < 1 определяем по формуле

; (2)

при u/u_m > 1

r = . (3)

Расстояние от источника выброса X_mu (м), на котором при скорости ветра u и неблагоприятных метеорологических условиях, приземная концентрация веществ достигает максимального значения С_mu (мг/м³), определяется по формуле

,

где p – безразмерный коэффициент, при 0,25 < u/u_m  1 рассчитываем по формуле

; (4)

при u/u_m > 1

р = 0,32 · u/u_m + 0,68. (5)

При опасной скорости ветра u_m приземная концентрация вредных веществ C (мг/м³) в атмосфере по оси факела выброса на различные расстояния X_m (м) от источника выброса, находим по формуле

,

где S₁ – безразмерный коэффициент, который рассчитываем при 1 < X / X_m  8 по формуле

; (6)

при X / X_m > 8

S₁ = ; (7)

при X / X_m ≤ 1

S₁ = 3 (X / X_m)⁴ – 8(X / X_m )³ +6(X / X_m )² _. (8)

Значение приземной концентрации веществ в атмосфере С_у (мг/м³) на расстоянии у (м) по перпендикуляру к оси факела выброса определяем по формуле

, (9)

где S_r – безразмерный коэффициент, находим в зависимости от скорости ветра u и отношения y/x по значению аргумента t_y:

при u  5

.

Отсюда

.

По формуле (9) найдём значение С_у.

Максимальная концентрация С_mx (мг/м³), достигающаяся на расстоянии X от источника выброса на оси факела при скорости ветра u_mx, определяем по формуле

,

где S₁ – безразмерный коэффициент, находим при 1 < X / X_m  8 по формуле

;

при X / X_m  1

S₁ = 3 (X / X_m)⁴ – 8(X / X_m )³ +6(X / X_m )² .

Скорость ветра u_mx при этом расстоянии рассчитываем по формуле

где q₁ – безразмерный коэффициент, определяем при X > 5 по формуле

;

при X ≤ 5

.

При расчёте рассеивания выбросов от линейного источника длиной L наибольшая концентрация вредных примесей C_m достигается в случае ветра вдоль источника на расстоянии X_m от проекции его центра на земную поверхность.

При рассмотрении линейного источника значения C_m (мг/м³) и расстояния X_m (м) определяем по формулам

;

.

Здесь значения C_m и X_m, а также соответствующее им значение u_m принимаются равными максимальной концентрации C_m, расстоянию X_m и опасной скорости u_m для одиночного источника той же мощности М и расходом выбрасываемой газо-воздушной смеси. При этом эффективный диаметр устья D_э (м) находим по формуле

.

Величину V_1э определяем по найденному значению D_э по формуле

.

Безразмерные коэффициенты S₃ и S₄ рассчитываем по формулам

;

.

Опасную скорость ветра u_m определяем по формуле

.

Распределение концентраций веществ C на расстоянии X от линейного источника длиной L при ветре или в случае, когда скорость ветра не равна u_m,, находим по формуле

,

где S₅ и S₅ – безразмерные коэффициенты, рассчитываемые соответственно по формулам

;

.

Значения r и p определяем по формулам (2-3) и (4-5) соответственно.

Значение максимальной концентрации веществ при ветре, направленном поперёк линейного источника, определяем по формуле

,

где ₁ – безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от , при u_m  5 рассчитываем по формуле

;

при u_m > 5

.

При α ≤ 0,255 .

При 0,255 <  ≤ 2,32 .

При  > 2,32 коэффициент ₁ находим по формуле

.

Расстояние от линейного источника X_m, на котором достигается максимальная приземная концентрация веществ C_m, определяем по формуле

,

где ₂ – безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от :

при  ≤ 0,25, ₂ = 3;

при 0,25 <  ≤ 2,25, ₂ = 1,5/ ;

при  > 2,25, ₂ = 1.

Распределение концентраций веществ C (мг/м³) на расстоянии X (м) от центра линейного источника при ветре скоростью u (м/с), направленным поперёк линейного источника, находим по формуле

,

где S₁ – безразмерный коэффициент, найденный в соответствии с формулам (6, 7, 8);

S₆ – безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от аргумента g, который при u  5 м/с вычисляется по формуле

.

Для g > 6,74 функция S₆ принимается равной 1.

Концентрация вредных веществ C_y (мг/м³) на расстоянии y (м) от оси факела рассчитываем по формуле

,

где S₆ – безразмерный коэффициент, определяемый по формуле (10) в зависимости от значений (2y + L) и (2y – L) (м), используемых при вычислении аргумента g

; (10).

g = x/L u ≤ 5;

g = 0,45 x/L u > 5.

На достаточно большом расстоянии от линейного источника, которому соответствует безразмерный коэффициент S_6, близкий 1, линейный источник может рассматриваться как одиночный точечный источник с

.