Р. Скорер - Аэрогидродинамика окружающей среды (1115254), страница 73

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

Текст из файла (страница 73)

Следующий шаг наших рассуждений будет обманчиво прост: поскольку в воздушном потоке присутствуют вихри всех масштабов, выясним, какой диапазон размеров вихрей наиболее важен. Для наблюдателя, находящегося на расстоянии д от источника, вихри масштаба с(Х10 ' не играют особой роли, так как опи только слегка размывают внешнюю границу дымового шлейфа. Для него несущественны также вихри масштаба АХ!0', поскольку они только немного изменяют направление ветра. Викри, с которыми наблюдатель должен считаться, имеют, главным образом, размеры от с!Х10 ' до и'Х!0. Если предположить, что это верно для любого расстояния от источника и что в наличии имеются вихри всех размеров, то можно заключить, что вихри будут производить одинаковое действие по всей шкале масштабов.

Следовательно, свободная дымовая струя будет распространяться вдоль конуса, и картина процесса на расстоянии пй от источника будет совершенно такой же„как на расстоянии Н, по увеличенная в и раз. Из наличия у явления геометрического подобия следует, что концентрация загрязняющих веществ пропорциональна Ь а, где Ь вЂ” диаметр конуса (рис. !0.2.1). Расстояние от источника несущественно, так как коэффициент разбавления зависит пс от угла при вершине конуса, а только от диаметра конуса (в данном сечении). Конкретный анализ ие должен зависеть от того, какую форму имеет струя — конуса или параболоида вращения, который получается при диффузии с постоянным коэффициентом турбулентной диффузии в поле равномерного ветра, поскольку концентрация в поперечном сечении струи остается пропорциональной Ь-'.

На определенной стадии дымовой шлейф должен соприкоснуться с землей. Если загрязняющее вещество поглощается поверхпостшо, то его концентрация в шлейфе уменьшается. Если поглощение отсутствует, то загрязняющее вещество в шлейфе вблизи поверхности находится в такой концеитра пни, как если бы существовал фиктивный источник, симметричный действующему ГЛАВА !О относительно отражающей поверхности (рис. 10.2.2). Во всех точках с подветренной стороны, где шлейф соприкасается с землей, концентрация загрязняющих веществ будет вдвое больше той, которая была бы в тех же точках конуса при отсутствии отражающей поверхности.

Такис загрязняющие вещества, как ЯОа, медленно поглоща~отся грунтом нли водной поверхностью, и можно ожидать, что измеренные концентрации в воздухе будут близки к тем, которые наблюдались бы прн отсутствии частично поглощающей поверхности. Значение концен- Рис. 10.2Л, Распространение загрязняющих веществ в конической и параболи- ческой струях. трации очень сильно заввсит от поглощающих свойств объектов, находящихся в непосредственной близости от измерительного прибора.

Пожалуй, наиболее важным примером является изгородь, которая легко может уменьшить концентрацию ЯОз ввоздухс, проходящем через нее, в 2 раза. Г1омня про эти сложности, отметим, что в наветренном от точки А направлении (рис. 10.2,2) загрязпяющвс вещества на уровнс землн отсутствуют, а далеко вниз по потоку нх концентрация в прнзсмном слое убывает с расстоянием от источника.

Следовательно, существует максимум концентрации на уровне ЗЕМЛИ Рника ПРИХОДЯЩИЙСЯ На ПСКОТОРУЮ топну РаСПОЛОЖСПИУЮ по ветру относительно точки А; точное ее расположение зависит от распределения загрязняющих веществ в поперечном сечении конуса. Предполагается, что это распределение также обладает геометрическим подобием па всех расстояниях от источника в силу схожести поведения упомянутых выше вихрей (однако позднее по этому поводу будут изложены допо,тпительные соображения), а величина максимума концентрации в профиле по вертикали убывае~ по мере расширения струи. На рис.

10.2.2 РАССЕЯ11ИЕ ЗАГРЯЗ11ЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРЕ 401 изображен профиль концентрации загрязняющих веществ в вертикальной плоскости, проходящей через источник, при условии полного отражения. Над подстилающей поверхностью иа рисунке изображена кривая, показывающая профиль приземных концентраций с подветренной стороны от источника в центральной плоскости струи, а на рнс. 10.2.3 представлена карта приземных концентраций в форме изолиний равной концентрации. Действительная величина Рмю„ в точке М зависит только от реаль н гита ть ,тгрллльлип игтпппип Рис, 1од 2, Распространение загрязняющей примеси в струе над подстилаю- щей поверхностью 1 — профиль концентрации загрязнения в зонтика.тылов плоскости; 3 — профиль концен. грации загрязнения аа тровие земля. Ь вЂ” диаметра конуса в точке М.

Величина Ь пропорциональна высоте источника Н; коэффициент пропорциональности зависит от формы профиля концентрации в поперечном сечении струи. На рис. 10.2.2 и 10.2.3 Н равно высоте трубы 1г и Р„„п, пропорционально й-з. На практике многие источники загрязнения являются одновременно и источниками тепла. Архимедовы силы вызывают подъем выбрасываемых газов. Предположим, что этот подъем может быть охарактеризован высотой й', которую мы назовем термическим подъемом. Вдали по ветру шлейф будет вести себя так, как если бы он был выброшен из некоторого источника где-то поблизости от действительного источника (рис.

10.2А), а если считать, что точка М расположена достаточно далеко для этого в направлении по ветру, то можно просто сказать, что высота источника равна й+й'. Тогда получается формула для главк ю максимальной концентрации в виде О Р, = и ~ „.— г, «., !10.2.1) где гуу — числовой множитель, определяемый через угол цри Рнс. !0.2Д. Карта изолиний постоянной приземной концентрации примеси, выброшенной из высокой трубы.

Если истер не ченястся, то всюду вне области, огра~ггг ~гнноя паол«ниса. «ггонедснноа через точку А, концентрации рваны о. в точке л! находится максимум. Р!эолиния, проведенная через точку А, асимптотнчески прнблимастсн к границач угла и, в котором рас. прастраняется струя. Рис. !024. Исг!оггьзование вообраукаеггого источника для описания распрост- ранения всплываюшей струи.

вершине конуса и профиль концентращ!й в поперечном сечении. Его величина составляет приблизительно 0,15, но в некоторых частных случаях эта величина может меняться от 0,05 до 0,5, особенно если величина й' точно не известна. Можно получить простую оценку, если предположить, что максимальная концеп- Рлссеяние загрязняющих Вещгств В лтмосФере воз трация на уровне земли оказывается в точке, где концентрация примерно равна средней величине по поперечному сечению струи, а площадь этого сечения составляет -х)з от площади круга радиусом ЗН/2. Поток загрязняющих веществ через всю площадь сечения равен Я и, следовательно, равен езус(9На)4)ИР„, „откуда находим, что Ж = з/зус Однако это означает лишь, что величина )у' находится, вероятно, в пределах от 0,2: 3 до 0,2ХЗ.

Формула (10.2.1) не бесполезна; она важна тогда, когда нужно подчеркнуть, что концентрация в приземном слое сильно уменьшается с увеличением высоты трубы. Следует, однако, заметить, что преимущество высоко расположенной точки истечения состоит также в том, что при устойчивой стратификации более высокие трубы чаще выносят дымовой шлейф над стабильным слоем, который в противном случае может запирать шлейф н пространстве вблизи земли (рис. 10.2.5).

Рнс. ЩДЛ. Высокаи труба алюминиевого завода в долине Дюранс, ВеРхняя часть грубы ивходнтся нлд слоем звгрязнеиного воздуха, скопившегося ночью. Загрязняющие неществя были выброшены из многочистеиных мелких нота зинков в маму холодного воздухе. порожденную квтвбзтическим нисходящим воздушным течением стор. Дьпчовой штейФ вывусквется из трубы я подннмвется внсзгх под лсйствнем собственной плзвучести. Диск нв «сршине трубы иногда применяется для прсдотврвщсвин еозникиовсни» Флзгообрвзной струи прн нелад око!юств истечения. глхвл ьз 10,3, Напорная струя и тепловой подъем Если выбрасываемые из трубы газы нагреты, то они поднимаются выше, чем ненагретые.

В настояшем разделе, основанном на работе автора (Скорер, 1959), предполагается, что влияние этого эффекта на приземную концентрацию загрязняющих веществ можно правильно описать, если в расчетных формулах добавить к высоте й величину й'. Однако этот простой метод нуждается в экспериментальной проверке. Если конус имеет большой угол раствора, то дымовой шлейф касается земли совсем близко к трубе. Это может привести к тому, что максимум приземной концентрации окажется к трубе ближе, чем следует из теоретического описания теплового подъема, и, следовательно, в этом случае нужно скорректировать величину й', присутствуюшу1о в формуле (10.2,1).

Ввести определение величины 6' пытались разными способами. Предлагали, например, считать, что это «высота, на которой ось шлейфа становится горизонтальной», Введенную таким образом величину й' измерить практически невозможно, а любое подобное определение зависит от того, как именно будет измеряться высота оси шлейфа. Сначала всплывающая струя из-за бифуркации похожа в сечении па двумерный термик (рис. 10.3.1 и 8А,1); при этом никакие другие части термика, кроме вершины и основания, не поддаются ни измерению, пи определени|о. Затем всплывающая струя становится все больше похожа на струю, которая не обладает плавучестью и пассивно рассеивается окружающими вихрями в направлении по ветру, Следовательно, не существует простого определения, которое можно было бы использовать на практике для получения й'. Наша цель состоит в том, чтобы выяснить, от чего именно зависит й', а как только окажется, что эта величина зависит от О и У, то сразу станет ясно, что простота нашей формулы (10.2.1) вотвот исчезнет.

Искушение покончить с этой формулой и погрузиться в сумбур бесполезного академического исследования должно быть тщательно подавлено, В более сложных случаях мы не извлечем пользы из наличия более сложной формулы; в случае частично турбулизованного течения простая формула дает не менее удовлетворительные результаты, За всю историю создания формул для подъема струи усложнение нс давало никаких преимушеств. Простые формулы могут помочь обнаружить суть явления; сложные же дают работу вычислительным машинам, но интерпретация их становится неясной. Формула (8.11,11) предназначена для вычисления скорости истечения из трубы всплывающей напорной струи, В нее входят константы С и с, которые определяют, как будет вести себя струя; как свободная, как напорная или как нечто промежуточ- РЛССЕЯНИЕ ЗАГРЯЗ!!ЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРЕ 405 Рис.

Характеристики

Список файлов книги