Калиткин, Карпенко, Михайлов, Тишкин, Черненков - Математические модели природы и общества - 2005 (947500), страница 5
Текст из файла (страница 5)
болз — формула Конкейва; 4) вычисляется эффективная высота шлейфа: 6е, 6,<ьн,, 6, +)сьы/(~и")), 6е > г . и Я < 2.104, 6,, + Ле„,/ ~)тч)( ', 6, > г, и (З > 2 10", (17) где /(тч// = тгиз + ьл; 5) вычисляется промежуточный параметр Ь; 6) вычисляется расстояние до точки максимальной концентрации: У 6 ~!ь х„=С( ". ') м, (18) где т, 6, с коэффициенты, зависящие от стабильности атмосферы, которые указаны в Таблице 5; Таблица 5.
Зависимость некоторых параметров от класса атмосферной стабильности ?) вычисляются эффективные координаты точечного источника: и хо =х, +хп, ' 'ь'тч!,' (19) ео =Ре+'ст 'ги ).' где хо, ро,ре -- координаты соответствующей заводской трубы. Гл. Г Созданав сио~нвм монияоринга канвства воздуха Суммарный источник (20) где суммирование проводится по всем источникам, эффективные высоты шлейфов которых находятся в ым слое, з индекс суммирования, и, — число таких источников, ٠— значение (~н для источника гэ с номером з для (-го слоя, .г~~, уз — эффективные координаты этого источника. Проведены исследования источников и стоков загрязняющих веществ за счет физико-химических превращений. Проведен обзор литературных данных (18). Управление качеством воздуха предполагает наличие стандартов качества воздуха.
Вредными веществами являются пыль, сернистый ангидрид, окись углерода, двуокись азота, сажа (копоть), сероводород и т.д. В предлагаемой системе возможно осуществление мониторинга за конпснтрациями каждого вещества в отделыюсти. С помощью блока физико-химических превращений исходная конпентрапия может быть уточнена. если возможна аппроксимация сложной системы физико- химических превращений в атмосфере. Концентрапия контролируемой вредной примеси аппроксимируется реакцией первого порядка с обобпгеппой константой скорости для частиц вещества в газовой фазе. многофазном состоянии или в капельно-жидкостной фазе.
Тогда можно учесть пропсссы химических превращений. сухого поглощения, седиментации и влажного осаждения. Для программного комплекса лТ!МЕ8-БКВАХь стандартными встроенными блоками для учета химических реакций, сухого поглощения и влажного осаждения разработаны системы для описания превращений соединений серы и азота. Атмосфера в силу наличия в ней свободного кислорода представляет собой систему, обладающую окислительными свойствами. Практически все реакции соединений серы и азота идут в сторону образования сульфатов и нитратов. т.е.
высших форм окисления. Наиболее интенсивно реакции протекают со свободными радикалами. Важную роль в образовании радикалов имеют фотохимические пропессы. Поэтому скорости реакций существенным образом зависят от времени суток, сезона, широты местности и наличия облачного покрова. При наличии молекул воды и в жидкой фазе окислы более высокого порядка быстро окисляются до серной и азотной кислоты соответственно. Существенными параметрами являются константы скорости реакций и время жизни окислов. Многие реакции являются радикальными и прекращаются с наступлением темноты.
Встроенный блок для расчета двуокиси серы за счет химических превращений, сухого поглощения и влажного осаждения учитывает ряд характерных пропессов. ~' 2 Сведение прогроммных комплексов, огноеанньы Газо-фазное окисление двуокиси серы идет в основном по реакциям, в которых особую важность во всей цепочке превращений играют озон и интенсивность солнечного света. С наступлением темноты практически мгновенно прекращаются радикальные реакции. В ночное время газо-фазное окисление обусловлено только молекулярными реакциями, которые существенно медленнее, чем радикальные. Летом в северных широтах (45') суммарный коэффициент среднесуточной скорости газо-фазных реакций окисления до серной кислоты принят 0,015 ч ', а соответствующее время жизни .
70 ч. Данные опенки характерны для условий загрязнителей над промышленными регионами. В дневное время эта скорость на несколько порядков выше, чем ночью. Поэтому ночью скорость окисления можно положить равной нулю. Образующиеся по реакциям окисления окислы серы практически мгновенно превращается в серную кислоту. Л4ногофазнае реакции окисления на поверхности частиц летучей золы и сажи являются другим механизмом окисления двуокиси серы. Общий эффект многофазных реакций в окислении двуокиси серы в существенной степени зависит от конпентрации частиц, площади поверхности на единицу объема, физико-химических свойств поверхности и т.д. При 25 'С и относительной влажности 60 — 70% частицы летучей золы покрыты слоем воды толщиною меньше молекулярного. а при 90% -несколькими молекулярными слоями.
В условиях высокой влажности скорость окисления может возрасти на 1-2 порядка. На первом этапе существования дымового факела скорость окисления высокая, но по мере очищения атмосферы от частиц. снижения их обьемной плотности и насыпгения поверхности вероятность протекания газо-фазных реакпий будет уменьшаться. В изменяющихся условиях факела обобщенный коэффициент скорости газо-фазных реакций будет уменьшаться в пределах от 0.3 до 0,003 ч '. Для условий реальной атмосферы над крупным промьппленным регионом среднесуточная скорость летом 0,01 ч ~, а соответствующее время жизни двуокиси серы относительно гетерогш1ных реакций — 100 ч.
Третьим механизмом окисления двуокиси серы служит окисление в жидко-капельной фазе облаков и туманов. Реакции могут носить каталитический характер, при этом скорость возрастает на 1-2 порядка. В качестве катализаторов могут выступать ионы марганца и железа, концентрация которых над промышленными районами 3 10 ' —: 4 10 з моль/л. Обобщенная константа скорости превышает 1 ч ~.
Однако скорость выведения двуокиси серы из атмосферы определяется не только химическими реакциями, но и вероятностью попадания молекулы в жидкофазную среду. Эта вероятность, в свою очередь, зависит от множества факторов: климатических условий региона, времени года, высоты выброса двуокиси серы над поверхностью земли, значения рН облачных и дождевых капель. У европейского региона, для которого характерно статистическое распределение «сухих» 2! йь й Созданае систем монатаринва какествс1 воздуха и «мокрых» периодов, коэффициент равен 0.007 ч ', соответствующее время жизни — 140 ч.
Кроме того, константа обобщенной скорости окисления в жидкофазпых реакциях, как показали экспериментальные исследования, зависит от времени переноса загрязненных воздушных масс. Из таких компонентов складывается обобщенная скорость окисления двуокиси серы, установленная экспериментальным путем. Существенен суточный ход обобщенной скорости окисления двуокиси серы в различные сезоны года. Вне зависимости от сезона ночью скорость падает до нуля. Дневная скорость окисления на порядок вьппе летом.
чем зимой. Обзор литературных данных показывает, что оценки скорости окисления колеблются от 0,005 до 0,15 ч '. Принято считать среднесуточную суммарную скорость окисления равной 0,027 ч-', а соответствующее время жизни относительно окислительных процессов 37 часов. Данные оценки являются срсднесуточными и характерны для условий загрязнения над промышленными регионами летом. В программном комплексе суточные колебания обобщенной скорости окисления аппроксимированы синусоидальной кривой с амплитудой, равной соответствующей сезонной максимальной обобщенной скорости окисления При этом в исходных данных необходимо указывать фазу 6,28/24бз„= 0,2621,,„. Па величину концентрации двуокиси серы, кролле процесса окисления, влияет процесс сухого поглощения.
В отличие от процесса седиментации, протекающего при выбросе крупных тяжелых частип (диаметрам порядка 10 мкм), процесс сухого поглощения протекает при контакте молекул газа с подстилающей поверхностью: молекулы газа оказываются захваченными поверхностным слоем и таким образом выводятся из атмосферы. Этот процесс характерен для газо-фазных и гстерофазных реакций (размер частиц порядка 0,1 < с! < 1,0 мкм). Поскольку при захвате молекул на поверхности раздела фаз происходит адсорбция и хемосорбция, скорость во многом будет определяться как физико-химическими свойствами поглощающей поверхности, так и свойствами поглощаемых газов и частиц.
Химически активная природа окислов серы делает сухое поглощение важным механизмом выведения соединений серы. При моделировании процессов делается ряд существенных предположений. Модели сложны, наиболее надежный способ ориентироваться на среднестатистические экспериментальные данные. Поскольку в свободной атмосфере перемешивапис газов и частиц происходит с совершенно одинаковой скоростью, которая определяется. в основном, скоростью ветра, макромасштабной неровностью подстилающей поверхности, температурным градиентом, неравномерностью нагрева различных участков подстилающей поверхности. Измерения показывают, что влияние поверхности в условиях лесного массива приводит к изменению слоя турбулентного перемешивания до высоты 250 м при скорости ветра примерно 10 м/с.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
