Công nghệ môi trường - Vệt khói tức thời và vệt khói trung bình theo thời gian

Nội dung text: Công nghệ môi trường - Vệt khói tức thời và vệt khói trung bình theo thời gian

1. VỆT KHÓI TỨC THỜI VÀVỆT KHÓI TRUNG BÌNH THEO THỜI GIAN 161
2. DẠNG CỦA VỆT KHÓI PHỤ THUỘC VÀO ĐỘ ĐỊNH CỦA KHÍQUYỂN 162
3. Nhỏ mộtgiọtmựcđỏ Khuếchtánlàgì? Thờigiantrôi đi. 163
4. Bàitoánmộtchiều C:Nồng độ C:Nồng độ x: Vị trí x: Vị trí 164
5. Biểuthứctoánhọc ¶C ¶2C = D Phươngtrìnhthay đổi ¶t ¶x2 C(x,0) = d (x) Điềukiệnban đầu C(- ¥,t) = 0 C(¥,t) = 0 Điềukiệnbiên 1 æ x2 ö C(x,t) = expç- ÷ Nghiệm 4pDt è 4Dt ø C:Nồng độ C:Nồng độ Hàmphânbố chuẩn HàmDelta x: Vị trí x: Vị trí 165
6. Bàitập ¶C ¶ 2C = D Phươngtrìnhthay đổi ¶t ¶x2 C(x,0) = d (x) Điềukiệnban đầu C(- ¥,t) = 0 C(¥,t) = 0 Điềukiệnbiên 1 æ x2 ö C(x,t) = expç- ÷ Nghiệm 4pDt è 4Dt ø Hãychứngtỏrằngphươngtrình(4) thựcsựlànghiệmcủa phươngtrình(1) với điềukiệnban đầu(2) và điềukiện biên(3). Hãyvẽđồ thị củanghiệmvớicácbướcthờigian khácnhau. 166
7. Khuếchtán Khuếchtánxảyralàkếtquả của chuyển độngngẫunhiên Thờigianchạy. 167
8. Khuếchtán Nếuchuyển độngngẫunhiênxảyradướitác độngsựtrao đổivịtrícủacácphântửdo tínhchấtnhiệt độnghọcthìquá trìnhnàygọilà khuếchtánphântử(Molecular diffusion). Nếuchuyển độngngẫunhiêndo sự rốithìquátrìnhnàygọilà khuếchtánxoáy (eddy diffusion) hay khuếchtánrối(turbulent diffusion). Nếuchuyển độngngẫunhiêngâyrado các đườngdòng chảykhácnhauhay do cácvậntốckhácnhautrongtrường thìquátrìnhnàygọilàphântán (dispersion). 168
9. § Mộtnguồn điểmthuốcnhuộmtrongnướccần khoảng24 giờ để đạt đượcmộtvòng tròn có đường kính1 m. Nhưngkhinước chảytrong các điềukiện rối-nghĩa là số Reynolds lớnhơn2000 -xuấthiện mộthiệntượng khác: khuếch tánrối. 169
10. Khuếchtánphântử Nướctronglykhôngcóchuyển độngcủachất lỏng. Khicógiọtmực, tạivùngtrongphạmvi lớpnhớt trênbềmặtcủathànhchấtrắn. Thờigianchạy. 170
11. Khuếch tán rối (Turbulent diffusion) Nướctronglybịkhuấylên. Sự phátthảikhóitừmiệng ốngkhói. Thờigianchạy. 171
12. Phântán(Dispersion) Sự lantruyềnchấtô nhiễmtrong đất Sự lantruyềnchấtô nhiễmtrongkênhsông C Ta đặtmựcđỏ tạithời điểmt=0 vào trongsông t: Thờigian 172
13. Phântửnướctrongtếbào 173
14. Cânbằngkhốilượng(khôngcó dòngchảy, 1 chiều) •Nhiệt đượctruyềntừnơicónhiệt độ caosang nơico nhiệt độ thấp. •Tươngtựnhư vậy, khốilượng đượcchuyểntừnơicónồng độ caosang nơicónồng độ thấp. •Lượngchuyển đổitỷlệvớigradient nồng độ. Gọilà“độ khuếchtán”hay “Hệsố khuếchtán” ¶C C Thônglượng =-D ¶x [m 2 /s] tronghệSI Chấthòatan sẽ dichuyểntheohướngnày x 174
15. Địnhluật1 Fick(1855) ¶C Thônglượng =-D ¶x D –làhệsốkhuếchtánphântử(cóthứ nguyênlà m2/s), thônglượng –làlượngchấtchảyqua một đơnvịdiệntích, cóthứ nguyênlà mg/m2.s, thứ nguyêncủadC/dx là mg/m4. 175
16. Lượng chất đi qua một đơn vị diện tíchtrongmộtđơnvịthờigian ¶C J = -D ¶x 176
17. Địnhluật2 Fick(cóthờigian) Khốilượngvào Khốilượngra ¶C ¶C - D DyDz - D DyDz ¶x x+Dx ¶x x Dz (Khốilượngvào) –(Khốilượngra) Dy = (Tíchlũy) x x + Dx æ ¶C æ ¶C öö ç-D DyDzx-ç-D DyDzx+Dx÷÷dt=(C(t+dt)-C()t)DxDyDz è ¶x è ¶x øø ¶C æ ¶C ö ¶C - D DyDz x - ç- D DyDz x+Dx ÷ = DxDyDz ¶x è ¶x ø ¶t ¶C ¶ 2C Chiacho DxDyDz cho x tiếntới0 = D ¶t ¶x2 177
18. Cânbằngkhốilượng(có dòng chảy, trườnghợp1 chiều) é ¶C ù é ¶C ù êuC - D uC - D ë ¶x ûú ê ú x ë ¶x û x+Dx u C(x,t) A B x x x+‡™x 178
19. Cácsốhạngtrongphươngtrình khuếchtánmộtchiều ¶C ¶(uC) ¶2C + = D ¶t ¶x ¶x2 Sựđốilưuhay truyềntải Khuếchtán Đạohàmtheothờigian(sự thay đổi địaphươngcủanồng độ) 179
20. Cácsốhạngtrongphươngtrình khuếchtán, trườnghợp3 chiều ¶C ¶uC ¶vC ¶wC æ ¶ 2 ¶ 2 ¶ 2 ö + + + = Dç + + ÷C ç 2 2 2 ÷ ¶t ¶x ¶y ¶z è ¶x ¶y ¶z ø Sựđốilưuhay truyềntải Khuếchtán Đạohàmtheothờigian(sự thay đổi địaphươngcủanồng độ 180
21. Khuếchtán“rối” § Xét2 khốithể tíchchứakhôngkhí đượcphâncáchbởimộtbức tường(mũitênchỉ chuyển độngrối, quả bóngchỉ cácphântửchấtô nhiễm) Cácphântửô nhiễmchuyển động Cácphântửkhíchuyển độngngẫu ngẫunhiêntheosựngẫunhiêncủa nhiênkhikhôngcóô nhiễm rối 181
22. Tháobứctườnggiữa 2 khốithể tích Tốc độ vượtqua tườngcủacácphântửô nhiễmphụ thuộcvàosựchênh lệchvềnồng độ giữa2 mặt. Tốc độ nàybằngK ∂C/∂x, ởđóhệsốK gọi làhệsốkhuếchtánrốicóthứ nguyênlàm2/sec. Độ lớncủaK phụ thuộcvào độ lớnchuyển độngrối. 182
23. Sự thay đổitheohướngx 3 2 C u A yz {[μg/m ][m/s][m ]} ¶ Cu A + (Cu A )dx yz ¶x yz ¶ ¶ - (Cu A )dx = - (Cu )V ¶x yz ¶x 183
24. Sự thay đổi theo hướng z do khuếchtánrối ¶ - A {K C} [m2 ][m-1 ][μgm-3 ][m2 s-1 ] xy ¶z z ¶ ¶ æ ¶ ö Tốc độ biến đổi khối lượng ra - A xy {K z C} - çA xy {K z C}÷dz ¶z ¶z è ¶z ø ¶ æ ¶ ö ¶ æ ¶ ö çA xy {K z C}÷dz = ç {K z C}÷V ¶z è ¶z ø ¶z è ¶z ø 184
25. Sự thay đổi theo hướng y do khuếchtánrối ¶ - A {K C} [m2 ][m-1 ][μgm-3 ][m2 s-1 ] xz ¶y y Tốc độ biến đổi khối lượng ra ¶ ¶ æ ¶ ö - Axz {K yC} - çAxz {K yC}÷dy ¶y ¶y è ¶y ø ¶ æ ¶ ö ¶ æ ¶ ö çAxz {K yC}÷dy = ç {K yC}÷V ¶y è ¶y ø ¶y è ¶y ø 185
26. Địnhluậtbảotoànkhốilượng ¶C ¶ ¶ æ ¶ ö ¶ æ ¶ ö V = - (Cu)V + ç (K yC)÷V + ç (K zC)÷V ¶t ¶x ¶y è ¶y ø ¶z è ¶z ø 186
27. Phương trình lan truyền và khuếchtánchomôhìnhGauss ¶C ¶C ¶ ì ¶C ü ¶ ì ¶C ü + u = íK y ý + íK z ý ¶t ¶x ¶y î ¶y þ ¶z î ¶z þ 187
28. Điềukiệnban đầuvà điều kiệnbiên Nồng độ nền= 0 C(x, y, z) = 0, Tại điểm(0,0,H): UC = Md (y)d (z - H) C ® 0 y ® ¥, x ® ¥, z ® ¥. ¶C Điềukiệnphảnxạhoàntoàntạimặtđất K = 0 z ¶z 188
29. Mộtsốgiả thiết § Nghiệmkhôngphụ thuộcvàothờigian(cáctham số phátthảilàkhông đổi) § Vậntốcgiókhông đổi. § Hệ số khuếchtánkhôngphụ thuộcvàotọađộ khônggian. § Sự khuếchtántheohướngx lànhỏ so vớivậntốc lantruyền. 189
30. ¶C ¶ ì ¶C ü ¶ ì ¶C ü u = íK y ý + íK z ý ¶x ¶y î ¶y þ ¶z î ¶z þ C(x, y, z) = 0, UC = Md (y)d (z - H) C ® 0 y ® ¥, x ® ¥, z ® ¥. ¶C K = 0 z ¶z ì 2 2 ü -1 ï é y z ù U ï C = C x expí- ê + ú ý, 0 K K 4x îï ëê y z ûú þï 190
31. Mô hìnhGauss cơ sở u u K =0.5s2 ,K =0.5s2 y y x z z x M é æ y 2 z 2 öù C = expê- ç + ÷ú = 2pus s ç 2s 2 2s 2 ÷ y z ëê è y z øûú M æ y 2 ö æ z 2 ö expç - ÷ expç - ÷ ç 2 ÷ ç 2 ÷ 2pus ys z è 2s y ø è 2s z ø sy sz - đượcgọilàcáchệsốkhuếchtántheophươngngangvaphương 2 đứng, cóthứ nguyênlà độ dài(do Ky , Kz –cóthứ nguyênlàm/s) 191
32. M æ y2 ö æ (z - H )2 ö C = expç- ÷expç- ÷ ç 2 ÷ ç 2 ÷ 2pus ys z è 2s y ø è 2s z ø Nguồn tương đương hay nguồn ảo Độ nâng vệt khói Δh u Độ cao hữu dụng H=h+Δh Độ cao Sự phân bố dọc vật lý theo hướng gió Nồng độ tại độ cao z h của C(x,0,0) ống khói x Nồng độ dọc theo chiều gió x tại mặt đất z = 0 Nồng độ cực đại tại điểm x>0 192
33. Mô hình Gauss lưu ý tới phản xạ (Gauss plume formula) M æ y2 öïì é (z - H )2 ù é (z + H )2 ùïü C = expç- ÷ exp - + exp - ç 2 ÷í ê 2 ú ê 2 úý 2pus ys z è 2s y øîï ë 2s z û ë 2s z ûþï Phảnxạhoàntoàntạimặtphẳngz = 0 M æ y 2 öïì é (z - H )2 ù é (z + H )2 ùïü C = expç- ÷ exp - - exp - ç 2 ÷í ê 2 ú ê 2 úý 2pus ys z è 2s y øîï ë 2s z û ë 2s z ûþï Hấpthụ hoàntoàntạimặtphẳngz = 0 193
34. Nguồn tương đương hay nguồn ảo Độ nâng vệt khói Δh u Độ cao hữu dụng H=h+Δh Độ cao Sự phân bố dọc vật lý theo hướng gió Nồng độ tại độ cao z h của C(x,0,0) ống khói x Nồng độ dọc theo chiều gió x tại mặt đất z = 0 Nồng độ cực đại tại điểm x>0 194
35. Gauss tứcthời(cóthờigian) (Gauss puff formula) Q æ (x-ut)2 y2 öé æ (z-H)2 ö æ (z+H)2 öù C(x,y,z,t)= expç- - ÷êexpç- ÷+expç- ÷ú 3/2 ç 2s2 2s2 ÷ ç 2s2 ÷ ç 2s2 ÷ (2p) sxsysz è x y øëê è z ø è z øûú Phảnxạhoàntoàntạimặtphẳngz = 0 Q æ (x-ut)2 y2 öé æ (z-H)2 ö æ (z+H)2 öù C(x,y,z,t)= expç- - ÷êexpç- ÷-expç- ÷ú 3/2 ç 2s2 2s2 ÷ ç 2s2 ÷ ç 2s2 ÷ (2p) sxsysz è x y øëê è z ø è z øûú Hấpthụ hoàntoàntạimặtphẳngz = 0 195
36. Nồng độ chấtô nhiễmtrênmặtđất M æ y2 ö æ H 2 ö C(x, y) = expç- ÷expç- ÷ ç 2÷ ç 2÷ pus ys z è 2s y ø è 2s z ø Nồng độ trênmặtđấtdọctheo trục Nguồn tương đương hay gió (trụcx) nguồn ảo Độ nâng vệt khói Δh u Độ cao hữu dụng H=h+Δh Độ 2 cao Sự phân bố dọc M æ H ö vật lý theo hướng gió Nồng độ tại độ cao z h của C(x,0,0) C(x) = expç- ÷ ống ç 2 ÷ khói pus s 2s x y z è z ø Nồng độ dọc theo chiều gió x tại mặt đất z = 0 Nồng độ cực đại tại điểm x>0 196
37. 1/2 1/ 2 æ 2K xö æ 2K x ö ç y ÷ s = ç z ÷ s y =ç ÷ z è u ø è u ø sy sz - phụ thuộcvàokhoảng cáchx, độổngđịnhcủakhíquyểnvà vậntốcgió 197
38. ()X, Y, Z Z X (X, 0, 0) H (X, Y, Z) h X Y 198
39. Công thức tính sy(x), sz(x) cho vùngnôngthôn Loại ổn định sy(x) sz(x) A 0.22x(1+0.0001x)- 0.20x 0.5 B 0.16x(1+0.0001x)- 0.12x 0.5 C 0.11x(1+0.0001x)- 0.08x(1+0.0002x)- 0.5 0.5 D 0.08x(1+0.0001x)- 0.06x(1+0.0015x)- 0.5 0.5 E 0.06x(1+0.0001x)- 0.03x(1+0.0003x)-1 0.5 F 0.04x(1+0.0001x)- 0.16x(1+0.0003x)-1 0.5 199
40. Côngthức tính sy(x), sz(x) cho vùng thànhthị Loaïitaàngkeát sy(x) sz(x) A -B 0.32x(1+0.0004x)- 0.24x(1+0.001x)0.5 0.5 C 0.22x(1+0.0004x)- 0.12x 0.5 D 0.16x(1+0.0004x)- 0.14x(1+0.0003x)-0.5 0.5 E -F 0.11x(1+0.0004x)- 0.08x(1+0.0005x)-0.5 0.5 200