10. Основные принципы переноса загрязнений в атмосфере

Рассеяние примеси в атмосфере определяется многими факторами, главными из которых являются: мощность источника выброса примеси; его высота; температура смеси, скорость ветра; состояние атмосферы, характеризуемое классом устойчивости.

Мощность источника примеси - это масса примеси, выходящей из источника в единицу времени.

Источники делят на высокие и низкие. К низким источникам относят выбросные трубы, вентиляционные шахты, дефлекторы и другие источники, выбросы которых производятся непосредственно в зоны аэродинамических теней зданий и сооружений. К высоким источникам относят трубы, выбрасывающие вентиляционный воздух и технологические газы в верхние слои атмосферы. Классификация источников на высокие и низкие производят по их эффективной высоте, которая складывается из геометрической высоты трубы h и высоты подъема факела ΔН за счет собственной скорости струи и ее перегрева относительно окружающего воздуха:

H=h + ΔH

Чем выше температура выбрасываемых газов и скорость их выхода через устье трубы, тем больше эффективная высота источника.

По геометрическим характеристикам источники делят на точечные, линейные и площадные. К точечным источникам примеси можно отнести дымовые трубы. Примером линейного источника может служить оживленная транспортная магистраль, от которой распространяются выхлопные газы автомобилей. Промышленный район, в котором сосредоточено большое количество дымовых труб различных предприятий, в ряде случаев можно рассматривать как площадной источник.

Важнейшим фактором, определяющим рассеяние примеси, является степень устойчивости атмосферы. Примесь, выброшенная в атмосферу, переносится ветровым потоком и турбулентными вихрями. Интенсивность турбулентного переноса существенно зависит от температуры поверхности земли и распределения температуры воздуха в приземном слое атмосферы.

В случае если вблизи земли температура воздуха выше, чем в более высоких областях приземного слоя, состояние атмосферы будет неустойчивым. И наоборот, устойчивому состоянию атмосферы соответствует более высокая температура на некоторой высоте над землей, чем у ее поверхности.

11 Влияние аэродинамических и теплофизических факторов на процессы тепломассообмена в атмосфере

Аэродинамика:1)скорость ветра, 2)давление, 3)температурные локальные эффекты

Теплофизические факторы:1)инверсия (изменение температуры с высотой, время суток, теплота Земли), 2)температуры выброса, высота над поверхностью Земли, 3)турбулизация потока: -механическая (шероховатость), -конвективные перемещения.

Сложное строение атмосферы, обуславливается различными физическими свойствами слоев (разл плотности, темп-ры, влажность, и др.).

Конвекция– перенос отдельных масс воздуха приводящий к перемешиванию. Конвекция имеет турбулентный характер. Для атмосферы характерна свободная конвекция. Это объясняется имеющимися изменениями температурного горизонта. У поверхности Земли тем-ра воздуха и скорость ее изменения оказывают существенное влияние на картину конвекции. Перенос загрязнений в атм в основном обусловлен двумя составляющими атмосферного давления: 1) поле среднего ветра, за счет которого загрязнение переносится от одной точки к другой, 2) турбулентное движение, которое рассеивает примеси относительно некоторого центра

Чтобы разобраться в этих явлениях важно рассмотреть особенности атмосферного движения вблизи Земли, влияние трения атмосферы о поверхность Земли, эффект диффузионного потока тепла на поверхности и влияние поля ветра на турбулентность и перенос загрязнений. Большинство перечисленных явлений наблюдается в пограничном слое (планетарный слой), где движения в основном не подвержены влиянию приземного трения и охлаждения или нагревания.

В приземном пограничном слое ветровой поток подвержен влиянию шероховатостей подстилающей пов-ти и вертикального темпер-го градиента. Для переходного слоя ветровой поток подвержен влиянию поверх-го трения, градиента плотности и вращения Земли.

Тепловая конвекция рассматривается применительно к процессам загрязнения воз-ха, как вертикальный механизм переноса. Свободная конвекция имеет место, когда движение целиком или частично обуславливается собственной плавучестью, которая возникает при нагревании воздуха, расположенного непосредственно у поверхности Земли

Вынужденная конвекция – движение, вызываемое другими причинами, в этом случае плавучесть не влияет на движение и коэффициент теплопередачи; она возникает, когда Земля на много теплее воздуха, проходящего над ней. Именно в это время турбулентная структура атмосферы заметно отличается от обычной и рассеяние примесей в это время сильно увеличивается в вертикальном направлении

На траекторию ветра могут влиять некоторые локальные эффекты, н-р: долинный поток, который существенно повлияет на траекторию примесей. Примесь, попавшая в долину, будет накапливаться в ней. В условиях слабого градиента ветра неравномерный нагрев долины может вызвать ветры, дующие по долине: вниз ночью, вверх днем.

Еще одним типом локального ветрового потока может быть бризовый поток, который возникает из-за разницы температур между сушей и водной поверхностью. Примесь, перемещаясь внутри этой циркуляции, будет возвращаться и увеличивать загрязнение.

Третьим типом является городская застройка. Известно, что температура наружного воздуха в городах на несколько градусов выше, чем в окружающей местности, что способствует возникновению восходящего движения воздуха у поверхности земли внутри города. Это происходит при нормальных метеоусловиях, когда температура воздуха понижается с высотой. При наступлении инверсии воздух «запирается внизу», находящимся выше его слоем третьего воздуха. В этом случае распределение темп-ры по высоте имеет противоположное распределение. Инверсия – это состояние атмосферы, при котором температура воздуха в тропосфере не убывает с высотой. Обмен воздушными массами резко снижается и происходит накопление в инверсионном слое атмосферы города вредных примесей.