28

Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины

Государственное высшее учебное заведение "Донецкий национальный технический университет"

Кафедра "Машины и аппараты химических производств"

Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине

"Моделирование и прогнозирование состояния окружающей среды"

для студентов дневной формы обучения направления подготовки 6.040106 "Экология, охрана окружающей среды и сбалансированное природопользование "

Разработчики: доц. Топоров А.А.,

доц. Третьяков П.В.

Донецк – 2013

УДК 502.5:004.428:519.6 (076.5)

Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине "Моделирование и прогнозирование состояния окружающей среды". (Для студентов дневной формы обучения направления подготовки 6.040106 "Экология, охрана окружающей среды и сбалансированное природопользование ") / А.А. Топоров, П.В. Третьяков. – Донецк: ДНТУ, 2013. – 28 с.

Составили: А.А. Топоров, к.т.н., доцент

П.В. Третьяков, к.т.н., доцент

Ответственный за выпуск:

Рецензент:

Задание к выполнению курсовой работы

Разработать программу реализации математической модели расчета концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе, содержащихся в выбросах предприятий. По полученным расчетным данным реализовать построение графиков изменения: максимального значения приземной концентрации вредного вещества в зависимости от изменяемого параметра модели (см. табл. 2); приземной концентрации вредного вещества по оси факела выброса на различных расстояниях x от источника выброса.

При решении поставленной задачи использовать программу Microsoft Excel и встроенную среду разработки программ Visual Basic for Application.

Требования, предъявляемые к выполнению пояснительной записки курсовой работы

Структура работы:

Титульный лист.

Реферат.

Содержание.

Введение.

1. Теоретические положения и описание математической модели.

2. Разработка алгоритма реализации математической модели.

3. Разработка программы реализации математической модели.

4. Анализ результатов работы.

Выводы.

Перечень использованной литературы.

Работу оформлять на листах формата А4 в соответствии со "Стандартом ДонНТУ. Структура и правила оформления документов по всем видам учебной работы".

Теоретические положения

Развитие промышленности и транспорта обостряет проблему загрязнения атмосферы. В настоящее время загрязнение воздушного бассейна становится глобальной проблемой не только крупных промышленных мегаполисов, но и регионов отдаленных от главных источников загрязнения. Рост фоновых концентраций, перенесение загрязняющих веществ на большие расстояния предопределяет задачу глобальной социально-экологической защиты населения.

Основными источниками антропогенного загрязнения воздуха является энергетика, промышленность и транспорт. Как свидетельствует статистика, приблизительно 80 % всех видов загрязнений выделяется вследствие энергетических процессов – добычи, переработки и использования энергоресурсов. Свыше 85 % мировой потребности в энергии удовлетворяется за счет использования органического топлива – нефти, угля, природного газа, сланцев, торфа, деревьев. Энергетика дает свыше 30 % выбросов вредных веществ, в том числе 46 % – диоксида серы, 59 % – оксидов азота, 35,8 % – пыли, 1,5 % – оксида углерода.

Уровень загрязненности воздуха энергетическими предприятиями зависит от технологических процессов сгорания топлива, видов используемого сырья, степеней и технологий очищения. Основными загрязнителями являются продукты полного (оксиды серы и зола) и неполного (оксиды углерода, сажа и углеводороды) сгорания.

Как показывает практика очистки газовых выбросов, современные методы борьбы с оксидами серы и азота не обеспечивают ПДК по этим веществам при выбросах в атмосферу. Фактические концентрации вредных веществ превосходят предельно допустимые на несколько порядков, поэтому рассеивание вредных газовых выбросов в атмосфере с помощью дымовых и вентиляционных труб производственных цехов является необходимым технологическим приемом. Чем больше высота дымовой трубы, тем лучше происходит рассеивание вредных веществ, и меньшее их количество попадает в жилые районы, расположенные на определенном расстоянии от промышленного предприятия.

Газ на выходе из устья трубы обладает определенной температурой и скоростью движения. Если температура газа будет выше температуры окружающего воздуха, то вследствие разности плотностей воздуха и газа образуется подъемная сила, под действием которой струя газа поднимается над устьем трубы на определенную высоту. Выходящий из трубы газ подвергается, кроме того, действию ветра. Если скорость ветра будет меньше скорости газа в устье трубы, он поднимается на высоту, которая будет тем больше, чем больше разность скоростей газа и ветра. Достигнув определенной высоты над устьем трубы, газ теряет скорость и под действием ветра разворачивается в горизонтальном направлении. При этом струя газа в результате диффузии расширяется, концентрация в нем пыли или других вредных веществ уменьшается.

При скорости ветра, большей скорости газа на выходе из трубы, струя газа отклоняется от первоначального направления движения и начинает двигаться параллельно земле на уровне устья дымовой трубы. При низкой дымовой трубе газ и содержащиеся в нем вредные компоненты очень быстро достигают приземного слоя атмосферы и вызывают ее загрязнение. При высокой дымовой трубе загрязненный газ достигает приземного слоя атмосферы на значительном расстоянии от трубы (рис. 1). При этом содержащиеся в нем вредные вещества успевают рассеяться в атмосфере, вследствие чего их концентрация при достижении приземного слоя будет незначительной.

В зависимости от высоты устья источника выброса вредного вещества над уровнем земной поверхности указанный источник относится к одному из следующих четырех классов: а) высокие источники, Н > 50 м; б) источники средней высоты, Н = 10…50 м; в) низкие источники, Н = 2…10 м; г) наземные источники, Н < 2 м.

На рис. 2 приведена аксонометрическая схема загрязнения воздуха, создаваемого одним источником. Непосредственно под трубой загрязнение воздуха отсутствует, а начиная от точки, в которой дымовой факел при неблагоприятных метеорологических условиях касается земли, приземная концентрация вредных веществ быстро возрастает и на расстоянии, равном 10…40 высотам трубы, достигает максимальной величины. Для средних условий эта величина равна около 20 Н. После точки максимального загрязнения приземная концентрация медленно убывает вдоль ветровой оси. При этом происходит расширение дымового факела. Как видно из схемы, концентрация в любой точке (например, в точке А) зависит от расстояния х, на которое она удалена от трубы, и от смещения у по отношению к ветровой оси.

Степень опасности загрязнения атмосферного воздуха характеризуется наибольшим рассчитанным значением концентрации, соответствующим неблагоприятным метеорологическим условиям, в том числе опасной скорости ветра.