Влияние поверхностного трения

Сила трения влияет на изменение скорости и направления ветра с высотой над поверхностью земли. Направление движения воздушных масс не совпадает с направлением изменения величины падения давления на единицу расстояния и составляет с ним некоторый угол, т.к. на массу движущегося воздуха действуют: - отклоняющая сила вращения земли (силы Кориолиса); - сила трения. Сила трения возникает: в приземном слое и обусловлена шероховатостью земной поверхности; между слоями воздуха, движущихся с различной скоростью. По мере возрастания высоты угол отклонения быстро увеличивается и на Н = 500 – 1000 м достигает максимального значения (примерно 20 градусов) и воздух движется вдоль изобар, т.е. по линиям одинакового атмосферного давления, и такой ветер называется градиентным. Вертикальная температурная структура вблизи поверхности земли зависит от нагрева и влияет на траектории и турбулентность поля ветра. К – теория взята из физики тепло- и массопереноса (уравнение Фикка). Это уравнение показывает, что степень изменения концентрации (свойство воздуха в единице массы) зависит от степени изменения его градиента и некоторой постоянной, которая в атмосфере называется коэффициентом турбулентной диффузии.

, где , тогда , , когда для всех Х, кроме Х=0. В общем упрощенном виде в трехмерном пространстве: С – концентрация загрязняющих веществ, t – время, x – расстояние от источника.

где скорости распространения загрязняющих веществ вдоль осей X, Y, Z; производная по времени концентрации загрязняющих веществ в точке с координатами X, Y, Z;

градиент по времени концентрации загрязнителя в точке с координатами X=Y=Z=0.

В соответствие с данным уравнением загрязнения при выходе из источника мгновенно распространяется по всему пространству и может быть обнаружено, хотя бы в совершенно малом количестве на сколь угодно большом расстоянии от источника.

К – теорию используют для таких территорий, где наблюдаются слабые градиенты и имеется много площадных и линейных источников. Упрощенный вариант в одномерном виде уравнения конвективного переноса и рассеивания примеси в атмосфере:

, где скорость ветра в направлении оси Х; расстояние от источника; концентрация вещества; время;

коэффициент вихревой или турбулентной диффузии.

Первый член уравнения представляет перенос загрязняющих веществ ветром. Знак минус указывает на уменьшение концентрации по мере удаления от источника. Второй член – диффузия за счет турбулентности. Поскольку решение дифференциальных уравнений связано с большими трудностями, т.к. формально они могут быть решены для определенного данного момента времени, но такое решение не имеет практической ценности.

Статическая (Гауссова) теория – отслеживает движение самих жидких частиц. По этой теории малые частицы и молекулы газов рассеиваются в атмосфере под влиянием турбулентных вихрей. Распределение частиц – нормальное со стандартными отклонениями распределения концентраций. Ось Х совпадает с горизонтальным направлением распространения струи вдоль среднего ветра. Ось У не перпендикулярна оси Х. Ось Z направлена вертикально вверх. Используется Лангранжев метод описания среды. Основное предложение – турбулентность всюду одинакова, система координат движется вместе с ветром, переносящим примеси. Скорость ветра одинакова во всем слое распространения струи. Направление ветра также не меняется. Основное уравнение рассеивания:

где мощность выброса, г/с; стандартное отклонение в распространении частиц по размерам соответственно вдоль осей (в зависимости от турбулентности среды); средняя скорость ветра у верхнего среза дымовой трубы.

В настоящее время в мире применяют различные модели с использованием компьютеров, чем проще модель, тем ближе к реальным условиям рассчитываются показатели. Вычисления по номограммам нашли широкое применение в Германии, США, Англии. Основным документом, регламентирующим расчет рассеивания и определения приземных концентраций выбросов промышленных предприятий в РФ является «Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий» ОНД – 86. методика разработана на ряде упрощений и усреднений. Нейтральные факторы объединены в усредненные группы и численно учитываются обобщенными коэффициентами. Генеральные формулы расчета максимальной приземной концентрации, создаваемой одиночным источником:

- для нагретых выбросов

- для холодных выбросов

в формуле F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе. Для газообразных веществ и мелкодисперсных аэрозолей, скорость упорядоченного оседания которых практически равна нулю F=1.

Дата добавления: 2014-12-16