Название: Технология защиты окружающей среды - Ветошкин А.Г. Жанр: Экология Рейтинг: Просмотров: 2083 |
Страница: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 | 51 | |
4.1. Диффузионные процессы в атмосфереГазообразные и пылевые примеси рассеиваются в атмосфере турбулент- ными ветровыми потоками. Соответственно, механизм переноса примесей двоякий: конвективный перенос осредненным движением и диффузионный - турбулентными пульсациями. Примеси обычно полагают пассивными в том смысле, что присутствие их не оказывает заметного влияния на кинематику и динамику движения потоков. Такое допущение может оказаться слишком грубым для аэрозольных частиц больших размеров. Уравнение диффузионно-конвективного переноса, описывающее рас- пределение концентрации С примеси, имеет вид dC/dτ + u(dC/dx) + w(dC/dy) + v(dC/dz) = = d/dx[Dx dC/dx] + d/dy[Dy dC/dy] + d/dz[Dz dC/dz]. (4.3) Уравнение (4.3) есть уравнение неразрывности потока примеси. Члены, содержащие компоненты осредненной скорости u, w, v, в на- правлении координатных осей х, у, z, описывают конвективный перенос при- меси. В правой части уравнения сгруппированы члены, описывающие турбу- лентную диффузию примеси. Dx, Dy, Dz - коэффициенты турбулентной диф- фузии по соответствующим направлениям. Приближенно полагают, что силы плавучести, связанные с наличием градиента температуры по высоте атмосферы, не порождают осредненного движения по вертикали, но оказывают существенное влияние на структуру турбулентности, то есть на размеры и интенсивность пульсаций турбулент- ных вихрей. Тогда, если ось х ориентирована по направлению ветра, то для ровной местности w = 0, а если примесь пассивна, то и v = 0. Можно также пренебречь членом, учитывающим диффузию примеси в направлении оси х, так как диффузионный перенос в этом направлении значительно слабее кон- вективного. Для стационарного процесса рассеивания, в результате этих упрощений, уравнение (4.3) принимает вид d/dy(Dy dC/dy) + d/dz(Dz dC/dz) - u(dC/dx) = 0. (4.4) Если источник интенсивностью М (г/с) расположен в точке с координа- тами х = 0, у = 0, z = H, то граничные условия для уравнения (4.4) формули- руются следующим образом u.C = M.δ(y) δ(z - H), x = 0; (4.5) C → 0 при z → ∞ и при |y| → ∞; (4.6) Dz dC/dz = 0 при z = 0, (4.7) где δ(y), δ(z - H) – дельта-функции, м-1. Условие (4.5) утверждает, что конвективный поток примеси от точечно- го источника равен его интенсивности. Условия (4.6) вытекают из очевидного факта убывания концентрации с удалением от источника. Уравнение (4.7) есть условие непроницаемости подстилающей поверх- ности для примеси. Подстилающая поверхность может частично или полно- стью поглощать примесь. Например, водная или увлажненная поверхность может поглощать газовые примеси, растворяя их; оседание дисперсных за- грязнителей на поверхности тоже следует рассматривать как их поглощение. В этих случаях условие непроницаемости (4.7) должно быть заменено на ус- ловие частичной или полной проницаемости. Для решения уравнения (4.4) при граничных условиях (4.5)... (4.7) необ- ходимо иметь информацию о распределении по высоте атмосферы скорости ветра и значении коэффициентов турбулентной диффузии Dz, Dy . Структура турбулентности в атмосфере, а следовательно, и значения ко- эффициентов турбулентной диффузии сложным образом зависят от высоты z, шероховатости подстилающей поверхности, а также от критерия Ричардсона, характеризующего отношение сил плавучести и инерции в атмосфере Ri = (g β/Prт)[(dT/dz)/(du/dz)2]. (4.8) Наряду с градиентным представлением критерия Ричардсона использу- ют интегральное Ri = (g l/u2)(Δρ/ρ) = - (g l/u2)β ΔT, (4.9) где β - термический коэффициент объемного расширения, К-1; Рrт - турбу- лентное число Прандтля (Рrт ≈ 0,7); l - размер объекта, например, толщина облака или слоя атмосферы, м; Δρ = ρ - ρ0 - разность плотностей воздуха на высоте z и у поверхности земли, кг/м3. Величина градиента dT/dz определяет температурную стратификацию (расслоение) по высоте атмосферы. Если перенос тепла по вертикали отсут- ствует, то атмосфера находится в состоянии равновесной (безразличной) стратификации. Соответствующий такому состоянию градиент. называемый адиабатическим dT/dz = g/cp, равен, примерно, 1 К на 100 м высоты. При dT/dz > g/cp (сверхадиабатический градиент) состояние атмосферы неустойчиво, тепловые потоки способствуют развитию конвекции в верти- кальном направлении и усилению турбулентного обмена. Если градиент тем- пературы положителен, то имеет место устойчивая стратификация, называе- мая температурной инверсией. Такая ситуация способствует подавлению конвективного движения и ослаблению турбулентности. Высота слоев при- земной инверсии может колебаться от десятков до сотен метров. Значение градиента температуры изменяется в течение суток и по сезо- нам и зависит от радиационного баланса подстилающей поверхности. При наличии ветра движение в случае неустойчивой стратификации будет также неустойчивым; в случае устойчивой стратификации характер вертикального конвективного движения определяется значением числа Ричардсона. В приземном слое атмосферы Dx = D1 (z/z1)(1 – Rim)1/2, (4.10) где D1 - значение Dz на высоте z1 = 1 м при равновесных условиях, м2/с; Rim - среднее по высоте приземного слоя значение числа Ричардсона. Профиль скорости ветра описывается формулой u = u1[lg(z/z0)/lg(z1/z0)], (4.11) где u1 - скорость ветра на высоте z1, м/с; z0 - шероховатость подстилающей поверхности (z0 ≈ 0,01 м). Решение уравнения (4.4) с использованием соотношений (4.10), (4.11) возможно только численным методом. Аналитическое решение может быть получено с помощью упрощенных зависимостей:
α; (4.12) . β Dx = D1 z ; (4.13)
где α и β - безразмерные параметры, подобранные из условия наилучшего соответствия фактических и расчетных профилей скорости ветра и коэффи- циента обмена (обычно α ≈ 1, β ≈ 0,15); l0 - характерный размер, который также подбирается из условия соответствия опытным данным. Значение l0 со- ставляет 0,1…1 м и зависит от степени устойчивости атмосферы. При неус- тойчивой стратификации l0 = 0,5…1 м, при устойчивой стратификации l0 уменьшается. |
Страница: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 | 51 | |
Добавление комментария:
Навигация
- Археология
- Архитектура
- Бизнес
- Биология
- Бухгалтерский учёт
- География
- Документоведение
- Издательская деятельность
- Информатика
- История
- Культура речи
- Культурология
- Литература
- Маркетинг
- Математика
- Медицина
- Международные отношения
- Менеджмент
- Наука
- Недвижимость
- Образование
- Охрана труда
- Политология
- Правоведение
- Промышленность
- Психология
- Реклама
- Религиоведение
- Русский язык
- Социология
- Спорт
- Страхование
- Технологии
- Управление качеством
- Физика
- Филология
- Философия
- Финансы
- Фотография
- Химия
- Экология
- Экономика
- Эстетика
- Языкознание
Лучшие книги
Глобализация: политические аспекты - Сирота Н. М.
Коммуникационный менеджмент - Рева В.Е.
Свобода личности в массовой коммуникации - Корконосенко С. Г.
Теория и практика связей с общественностью - Э.В. Бикбаева
Гендерный подход в менеджменте - Егорова Л. С.
Религиозные конфликты: проблемы и пути их решения в начале XXI века - Зеленков М.Ю.
Словарь по политологии - В.Н. Коновалов
Современные международные отношения - Протасова О.Л.
Самые читаемые
Ландшафтоведение - Н.П. Соболева
Лексикология современного русского языка - О. Л. Рублева
Введение в социокультурный менеджмент - Чижиков В.М.
Документоведение - Ларьков Н. С.
Территориальное планирование - Е.А. Позаченюк
Лекции по теоретической грамматике английского языка - Тивьяева И. В.
Коммуникационный менеджмент - Рева В.Е.
Краткий курс по ремонту автомобильной техники - Писковой И.Е.