大气污染控制工程公式集.docx
大气污染控制工程公式集
??一、大气扩散基本公式
(一)高斯扩散模式
1.点源正态烟羽扩散模式
对于高架连续点源,在平均风向稳定的情况下,下风向任一点(x,y,z)处的污染物浓度计算公式为:
\[C(x,y,z)=\frac{Q}{2\piu\sigma_y\sigma_z}\exp\left(\frac{y^{2}}{2\sigma_y^{2}}\right)\left[\exp\left(\frac{(zH)^{2}}{2\sigma_z^{2}}\right)+\exp\left(\frac{(z+H)^{2}}{2\sigma_z^{2}}\right)\right]\]
其中,\(C(x,y,z)\)是下风向(x,y,z)处的污染物浓度(\(mg/m^{3}\));\(Q\)是源强(\(mg/s\));\(u\)是平均风速(\(m/s\));\(\sigma_y\)、\(\sigma_z\)分别是水平和垂直方向的扩散参数(\(m\));\(H\)是烟囱有效高度(\(m\))。
当\(z=0\)(地面轴线浓度)时,公式简化为:
\[C(x,0,0)=\frac{Q}{\piu\sigma_y\sigma_z}\exp\left(\frac{y^{2}}{2\sigma_y^{2}}\right)\exp\left(\frac{H^{2}}{2\sigma_z^{2}}\right)\]
2.面源扩散模式
对于面源,可采用后退点源法将面源离散成许多点源,然后对各点源的浓度贡献进行叠加。面源下风向地面任一点(x,y)处的污染物浓度计算公式为:
\[C(x,y,0)=\sum_{i=1}^{n}\frac{Q_i}{\piu\sigma_{yi}\sigma_{zi}}\exp\left(\frac{y^{2}}{2\sigma_{yi}^{2}}\right)\exp\left(\frac{H_i^{2}}{2\sigma_{zi}^{2}}\right)\]
其中,\(Q_i\)是第\(i\)个点源的源强;\(\sigma_{yi}\)、\(\sigma_{zi}\)分别是第\(i\)个点源对应的水平和垂直方向的扩散参数;\(H_i\)是第\(i\)个点源的有效高度。
(二)扩散参数的确定
1.经验公式法
帕斯奎尔(Pasquill)扩散曲线法
首先根据太阳辐射等级、云量和风速等气象条件确定稳定度等级。然后根据稳定度等级和下风距离\(x\),从相应的扩散曲线图表中查得水平扩散参数\(\sigma_y\)和垂直扩散参数\(\sigma_z\)。
布里吉斯(Bridgeman)公式
\(\sigma_y=ax^b\)
\(\sigma_z=cx^d\)
式中\(a\)、\(b\)、\(c\)、\(d\)为与稳定度有关的系数,可通过实验数据拟合得到。例如,在中性稳定度下,对于平原地区,\(a=0.15\),\(b=0.82\),\(c=0.08\),\(d=0.75\)。
2.数值模拟法
利用大气边界层模式,如湍流动能耗散率(kε)模式等,结合实际地形、气象数据等,通过数值计算求解大气扩散方程,得到扩散参数随空间和时间的变化。
二、燃烧与大气污染
(一)燃烧过程中的污染物生成
1.碳氢化合物的燃烧
碳氢化合物(\(C_xH_y\))完全燃烧的化学方程式为:
\[C_xH_y+\left(x+\frac{y}{4}\right)O_2\rightarrowxCO_2+\frac{y}{2}H_2O\]
不完全燃烧时会产生一氧化碳(CO),如:
\[2C_xH_y+(2x+\frac{y}{2})O_2\rightarrow2xCO+yH_2O\]
2.氮氧化物的生成
热力型NOx
其生成主要取决于燃烧温度和氧气浓度,可由泽利多维奇(Zeldovich)机制描述。生成速率方程为:
\[\frac{d[NO]}{dt}=3.8\times10^{14}pO_2\sqrt{T}\exp\left(\frac{54200}{RT}\right)[N_2]\]
其中,\([NO]\)是NO的浓度(\(mol/cm^{3}\));\(pO_2\)是氧气分压(\(atm\));\(T\)是燃烧温度(\(K\));\([N_2]\)是氮气浓度(\(mol/cm^{3}\));\(R\)是通用气体常数(\(8.314J/(mol\cdotK)\))。
燃料型NOx
燃料中的氮在燃烧过程中被氧化生成NOx,其生成量与燃料含氮量、燃烧条件等有关。
快速型NOx
在碳氢燃料燃烧时,在燃料和空气的预混阶段