Р. Скорер - Аэрогидродинамика окружающей среды (1115254), страница 72

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 72)

Однако это может оказаться совершенно неверным в применении к полностью турбулизованному движению, каким является ветер, или к таким объектам, как термики, клубы и напорные струи, для которых не существует постоянных средних значений параметров. Например, в равд 9.6 показано, что отношение коэффициента вертикального переноса тепла илн вещества к коэффициенту вертикального переноса горизонтального импульса может изменяться от случая к случаю в 100 и более раз.

Многие исследователи не отдают себе отчет в том, что легче просто измерить распределение загрязняющих веществ, чем сначала измерять турбулентные характеристики движения воздуха и только потом прогнозировать распределение загрязняющих веществ на основе некоторой теории. Поскольку сами коэффициенты, используемые в теории, рассчитываются на основании измерений загрязнения воздуха, такое прогнозирование часто оказывается бесцельным, так как не выявляет ГЛАВА 1О сущности процессов. При этом предположение о том, что перенос осуществляется вихрями, даже нс проверяется, а только вычисляются коэффициенты, при помощи которых процесс описывался бы, если бы ожидаемое распределение было получено в результате некоторого рода диффузии под действием вихрей.

Действительно, рассеяние вызывается движениями, которые могут быть названы вихревыми. Можно предположить, что интервал времени или объем пространства наблюдений охватывает достаточно большое число этих вихрей, чтобы можно было использовать статистический подход. Однако и этот подход может оказаться неэффективным, поскольку временной масштаб флюктуаций не ограничен. Необходимо учитывать, что при исследовании загрязнений воздуха время отбора проб всегда влияет на значение полученной концентрации, так что предположение о применимости теории турбулентноя диффузии некорректно.

Если подойти к диффузионным теориям без предубеждения, то оказывается, что опи сводятся к определению коэффициентов диффузии, наличие которых позволяет пронести анализ и получить результат, который можно сопоставить (обычно весьма приближенно) с имеющимися измерениями. Данные таких измерений всегда характеризуются столь болыпими разбросами, что не могут обеспечить проверку какой бы то пп было гипотезы. Такие измерения обычно относятся к набору ситуаций, когда погодные условця были различнымн, а потому скорости переноса также различались.

Ббльшая часть экспериментов проводилась на уровне земли с подветренной стороны от полностью изолированной трубы, а теория используется для описания диффузии загрязняющих веществ от приподнятого источника. Поскольку для большинства случаев вертикальный профиль концентраций не измерялся, коэффициент диффузии по вертикали просто берется таким, чтобы при расчетах получался правильный результат. Ряд измерений концентрации ЯО, был проведен при полном незнании коэффициента поглощения се подстилающей поверхностью, так что ряд исследований такого рода оказался плодом чистейшей фантазии.

Обычно результаты расчетов оказываются не совсем бессмысленными, но только потому, что инь<ми и быть не могут. Загрязня1ошие вешества так или иначе должны куда- нибудь распространяться, так что просто из принципа неразрывности следует, что при реалистичных предположениях их концентрация оценивается с ошибкой в 2 — 3 раза. Поскольку результаты наблюдений повсюду варьиру1отся в тех же пределах, исследователь оказывается в ситуации, когда он просто не может сильно ошибиться. История вопроса показывает, что лабораторный подход РАССЕЯПИЕ ЗАГРЯЗ11Я1ОЩИХ ВНЦЕСТВ В АТМОСФЕРЕ звт сильно страдал надуманностью.

Модельные ситуации подбирались, исходя из их предполагаемой простоты. Всегда считалось, по крайней мере некоторыми исследователями, что такие характеристики воздушного течения, как статическая устойчивость и сдвиг ветра, сильно влияют на процесс разбавления загрязняющих веществ. Делалось много попыток ввести один или два дополнительных параметра, позволяющих описать разнообразие ситуаций.

По-видимому, лучше всего для этого подходят параметр п Саттона и «категории устойчивости» Пасквилла. Эпигоны этих действительно оригинальных авторов с унылой монотонностью повторягот те же рутинные операции, как будто сам факт рассмотрения определенной ситуации или привычка узаконивают процедуру. Поэтому дальше мы не будем касаться данного вопроса. Следует, однако, отметить, что любое усложнение теории, предполагающее принимать в расчет то, что иногда называют многозначительно «метеорологическими параметрами», может дать в результате только очень грубые оценки.

Это происходит потому, что все сложности распределения различных физических величин предполагается описать одной- двумя величинами, чего никак нельзя сделать, если нет возможности точно предсказывать такие метеорологические параметры. Поэтому для выполнения процедуры в целом нужно либо обеспечить прогноз метеорологических параметров, который, возможно, неосуществим, либо предположить, что можно пользоваться климатологическими данными. Обычно климатологические данные собирают в тсчспис нескольких лет, а когда приходится давать им оценку, выясняется, что наиболее полезными из нпх являются данные, полученные как раз по загрязняющим веществам. Это происходит потому, что источники загрязнения претерпели большие изменения за те несколько десятков лет, которые потребовались для того, чтобы определить нормы атмосферных параметров.

Более того, топография поверхности и распределение источников загрязнения сделали почти невозможным применение диффузионных теорий яа практике. Это привело к созданию новых теорий, в частности теорий баланса загрязняющих веществ, которые грубы в предельных случаях, но реалистичны в своей простоте. Они представляют собой простое математическое выражение принципа неразрывности, из которого следует, что загрязняющие вещества либо остаются вблизи источника, либо переносятся в соседние области пространства, либо могут быть разбавлены в большом объеме путем подъема и перемешиваиия в вышележащих слоях.

Пока отсутствует общая теория для таких вычислений, поскольку в каждом конкретном случае подбор учитываемых факторов в известном смысле произволен и определяется исследова- 398 глава ю телем (когорый привлекает только те данные, которые оп имеет или считает важными), Эти вычисления могут учитывать химические реакции, которые меняются в зависимости как от времени суток, если оии связаны с ситуацией типа «1!ос-Анджелссского смога», так и от характера поглощения подстилающей поверхностью в областях, где господствует загрязнение двуокисью серы.

Детальяость рассмотрения источников и стоков разнообразных загрязняющих веществ зависит от детальности имеющейся исходной информации. Используемые концепции метеорологии и механики жидкости обычно довольно элементарны, но техника вычнслений может быть прямо-таки изощренной. Этот подход типичен для представителей кабинетной культуры, самоуверенно полагающих, что мы отличаемся от своих менее цивилизованных предков скорее умственными способностями, чем количеством потребляемой энергии. В данной главе мы намерены выделить суть рассматриваемых процессов и проанализировать методы, используемые для описания этих процессов.

Мы намерены не столько предлагать уже готовые методы вычислений рассеяния загрязняющих веществ, сколько проверять применимость идей, чтобы читатель мог более сознательно делать выбор между методами и отчетливо понимать, о чем в действительности говорит пам какое- либо вычисление. Можно сослаться на мою кингу Л1г Ро!!и!!оп, где имеется более полный обзор некоторых метеорологических явлений, которые оказывают существенное воздействие на рассеяние загрязняющих веществ, и на книгу д-ра Пасквилла А!гпозрпсг!с О!!!цз!оп, в которой дано исчерпывающее рассмотрение вопроса.

Для инженеров и проектировщиков обычно пе ясно, насколько в действительности мало пользы от диффузионных теорий прп исследовании загрязнения атмосферы. Эти теории во многих проектах подменяли собой знание, так что можно сказать, что их сделали полезными. Тем нс менее они были чрезвычайно усложнены, опирались на внушительно выглядевшие формулы и требовали применения мошной вычислительной тсхпнкн, что часто приводило к необходимости регистрировать и обрабатывать огромное количество данных, Все это настолько задурманпвает сознание, что только очень немногие исследователи способны сохранить трезвый взгляд на вешп, выполняя такого рода «исслелования».

Однако трезвый взгляд здесь необходим, поскочьку использование сложной вычислительной процедуры не заменяет необходимости разобраться в сути явления. А опа сводится в общем к довольно простой модели. изолированная труба, находящаяся на плоскости в поле стационарного ветра, выбрасывает известное количество загрязняющих веществ, обладающих плавучестью.

Рассмотрим эту модель. РАССЕЯПИЕ ЗАГРЯЗИЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРЕ звв 10.2. Распространение загрязняющих веществ от трубы Движение воздуха в естественных условиях почти всегда характеризуется большим числом Рейнольдса и малым числом Маха. Поэтому, при прочих равных условиях, оно происходит в режиме подобия при любой скорости ветра, за исключением случая, когда ветер слаб и изменчив. Суть режима подобия состоит в том, что объем воздуха, в который выбрасываются из трубь< загрязняющие вещества, пропорционален скорости ветра (1, так что концентрация Р пропорциональна интенсивности выброса Я и обратно пропорциональна (l.

Характеристики

Список файлов книги