Р. Скорер - Аэрогидродинамика окружающей среды (1115254), страница 75
Текст из файла (страница 75)
20) что очень сильно отличается от выражсяия (10.3.!4) показателем степени при (/. Таким образом, для проверки любого предложенного для й' определения не существует адекватных измерений, и, наконец, явно псвозможно исключить зависимость результатов измерений от неизвестной степени (7 и от способа, которым определяется й'. При нашем подходе, как и ожидалось, результаты сильно зависят от 7,. На практике й, вероятно, убывает с высотой, и это лишний раз подчеркивает преимущества высоких труб. Используя другие модели всплывающей струи, можно нолучнть степени К несколько отличающиеся от предложенных. Из формулы (10.3.14) при В = 0,3, д= 10 м/с', ш~ = 2Х Х 10 'м/с, а = 3 м (что типично для электростанций) и ) = 10-', 0 = 3 м/с (что естественно для ясного вечера, когда грунт ~ачал охлаждаться) получаем Ь' = 170 км.
С другой стороны, ври ) = 10-' имеем й' = 1,7 км. В любом случае подъем струи очень РАССЕЯНИЕ ЗАГРЯЗНЯК)ЩИХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРЕ 417 большой, но при 1/= 10 м/с получаем й' = 4,6 км н 46 м (для й = 10 ' и й = 10 ' соответственно). Эти результаты вполне реальны, хотя надо учитывать, что не всегда существует слой безразлично стратифипироваппой атмосферы, толщина которого достаточна для такого подъема. На практике, однако, струя диффундирует вниз под действием не мелких вихрей, а крупных. Следовательно, все теории, в которых важную роль играет рассчитанная величина й', должны рассматриваться с большой долей скептицизма. Бозапкс отметил, что, если й'-1/-' (это согласуется с одним из его предположений), а ветер таков, что максимум приземной концентрации в соответствии с (10.2.1) достигает наибольшей величины, то значение й' равно й.
Следовательно, трубу, выбрасывающую газы, обладающие плавучестью, всегда можно считать как бы вдвое выше, чем она есть на самом деле. Этот результат (й' = й) не столько неверен, сколько просто не имеет отношения к действительности, поскольку представляет собой именно тот масштаб вихрей, превосходящих ширину струи, за счет которых в основном выброс и переносится к земле. На больших расстояниях высота трубы не оказывает существенного Влияния на концентрацию загрязняющих веществ, вособенности если диффузия по направлению вверх ограничена стабильным слоем, который обычно располагается в основании облаков.
Далее, при й'-1/-' результатом подхода Бозанке при ветре, максимизирующем Р„„,„будет величина й', равная й/5; это означает, что при вычислениях приземных концентраций загрязняющих веществ мы всегда можем добавить й/5 к действительной высоте трубы. Этот результат силы1о отличается от результата, полученного Бозанке, и ближе к реальности, хотя и остается бессмысленным, поскольку оба результата — и старый, и новый — явно не верны для случая бесконечно малой плавучести.
Это показывает, что тепловой подъем неадекватно описывается функцией (10.2.1). Вертикальная составляющая количсства движения выбрасываемых из трубы газов для единичной массы у источника равна нь Приращение этой составляющей за время / после истечения вследствие плавучести дВ, равно ШВАБ Эффект плавучести, следовательно, важнее, чем любые эффекты, возникающие за счет ненулевой скорости истечения, начиная с момента ~ = Чаю/Фо (10.3.21) Для выбрасываемых газов, температура которых примерно на 100'С превышает температуру окружающей среды, ВР будет порядка '/Ф Для скорости истечения порядка 1О м/с эффект плавучести начинает доминировать спустя -3 с после истечения, 412 глава ю или на растоянии -30 и от трубы по ветру при ветре 10 м/с.
Ясно, что для высоких труб плавучесть является единственной существенной причиной подъема струи. 10.4. Опускание дымовой струи; влияние находящихся в струе капелек воды Если дымовая струя в момент истечения содержит капельки воды, и те испаряются при псремешивапии струи со средой, то т Чзиггтипнегй истлении струи с птригта тслзнпй ллапучестлт ' ° ~ Ветер тзис. 10.4.1. Опускание струи с отрицательной плавучестью, обусловленной испарением воды. Струя велет себя так, как если бы она опускалась от некоторого фнктнвггого источника. расположенного выше отверстия трубы такое поведение струн обычно для тех случаев, когда зегрязняющке всщ ства до выпуска гы трубы уделяются з газов проыыокоп.
затрачивается скрытая теплота испарения, что может привести к появлению отрицательной плавучести. Дымовой шлейф тогда опускается к земле и ведет себя так, как если бы распространялась струя с отрицательной плавучестью (рис. 10.4.1) от некоторого воображаемого источника, расположенного выше действительного выходного отверстия трубы. На рнс. !0,4.2 показано действие охлаждения. Изоплетамн представлен дефицит температуры, который должны были бы иметь в воображаемом источнике выходяшие газы, не содержащие жидкости, чтобы .в струе после разбавления получился тот же дефицит темпера- РЛССЕЯИИЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРЕ 413 туры, который создается в реальной струе после испарения воды.
На практике удобно считать, что изоплеты представляют собой коэффициент разбавления выходящих газов, соответст- Тг га г0 г0 40 г0 00 70 б0 ауг г0 ггг 70 гаа пб вв 40 г7,1 гу,а г0 14,0 10,В 77 10 Рис. 10.4ЗЬ Изоплеты, показывающие, на сколько градусов охлаждается струя в результате испарения воды, находящейся в ией в виде капель. Т~ — температура газов в состоянии насыщения; Тз — температура, аа которой опи оклаждаются перед истечением в атмосееру; жидкая влага «апдеиснруется в газах в виде облачка. В иной трактовке нзоплсты показывают, во сколько рэз вытекающие газы, солсржащне жидкую влагу, дочжвы быть разбавлены, чтобы сказаться на гс холбднее, гем раэбавлг аые п том же отношении н обладапэщне теми же «зрактеристнками газы.
ве содержащие жидкой влаги. Например, если температура насыщения отходящих газов равна 9ТС, а перед встечением онн были охлаждены до аа'С, го после испарения жидкой ваагн струя ведет себя так, как будто п точке истечения опа была на ЗОО'С колодное. В иной трактовке можно счи. тать, что газы, будучи после истечения разбавлены в ЗОО раз, окагкутся на ГС холоднее, чем газы, не содержавшие на момент истечения жидкой влаги.
Дополннтельнан шкала слева показывает массу воды в граммах иа ! кг воздуха прн температуре насыщения Т. вуюший дефициту температуры в струе !'С. Обычно жидкая влага появляется в струе в результате промывки выходящих газов. При промывке вода испаряется, а газы охлаждаются за счет передачи тепла воде (вода на дне промывочной колонны теплее, чем при входе в нее).
Дальнейшие потери тепла, 414 ГЛАВА М содержащегося в газах, происходят через стенки промывочной колонны, Результатом является конденсация тумана. На диаграмме рпс. 10.4.2 Т,— температура пасышения газов, а Тз— температура, до которой они охлаждаются к моменту истечения. Дополнительная шкала слева показывает массу воды, присутствующую в виде пара в 1 кг воздуха, насыщенного при температуре Тп отсюда можно получить массу воды, копдепсирующуюся при охлаждении до температуры Ть Обычно Тэ порядка 25'С, а Т, порядка 40'С, и охлаждение за счет испарения жидкой влаги дает такой же эффект, как если бы выходящий газ был примерно на 80'С холоднее окружающего воздуха, что соответствует значению Во- — 'lз.
Не удивительно, что такая струя опустится к зсмле на расстоянии 5 — !О высот трубы, а при легком ветре — и ближе. 10.5. Дымовые струи в неподвижном воздухе под инверсией С уменьшением выходного отверстия температура в дымовой струе, распространяющейся вертикально вверх, меняется по высоте. Дело, главным образом, состоит в том, что с уменыпением выходного отверстия воображаемый источник напорной струи поднимается выше, поэтому возрастает скорость истечения, а с пей и скорость разбавления выходящих газов. В конце концов, напорная струя превращается во всплывающую, согласно аргументации равд.
8.11, где соотношения между величинами гэ, В и высотой з пад источником представлены в виде формул (8.!1.11) и (8.11.16). Используемая аргументация применима к дымовому шлейфу, несмотря на то, что в начальной стадии он представляет собой напорную струю. Единственная разница заключается в том, что вершина конуса, вдоль которого поднимается выходящий газ, расположена ниже верха трубы — не па расстоянии ба, а на расстоянии 5а', где а' — новый, уменьшенный радиус.
Маловероятно, чтобы это имело какое-либо значение, если речь идет о преодолепвой инверсии; то же самое может быть получено простым увеличением высоты трубы на величину 5(а — а'). Это не должно увеличить тягу, требуемую для истечения газов. 10.6. Затекание холодного воздуха в трубу Если держать бутылку с водой вверх дном, то при истечении воды воздух входит внутрь; но если открыть водопроводный кран, то скорость вытекающей воды обычно оказывается столь РАССЕЯНИЕ ЗАГРЯЗНЯЮШИХ ВЕШЕСТВ В АТМОСФЕРЕ 415 большой, что не дает воздуху проникнуть внутрь крана. Таким образом, при уменьшении скорости истечения до некоторого уровня воздух должен начать втекать и внутрь крапа. То же самое происходит у верхнего отверстия дымовой трубы: когда газ, обладающий большой плавучестью, выбрасывается с достаточно малой скоростью, холодный воздух извне может проникнуть в трубу. Холодный затекший воздух по мере проникновения вниз перемешивается с теплым поднимающимся воздухом и в конце копцов достигает такого уровня в трубе, ниже которого сильно уменьшившаяся отрицательная плавучесть смеси становится слишком малой, чтобы переносить газ против потока.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
