5.5.2.3. Рассеяние загрязнителей из дымовых труб

Распространение выходящего из труб газа в атмосфере определяется аэродинамикой самой нижней части атмосферы. Потоки воздуха у поверхности земли могут быть турбулентными или ламинарными.

В солнечный день почва и воздух вблизи нее теплее верхних слоев воздуха, поэтому поднимающиеся потоки теплого воздуха поддерживают атмосферу в состоянии турбулентности.

В ясную ночь земля охлаждается быстрее, и холодный воздух вблизи земли плохо перемешивается с более теплыми верхними слоями, ветер у земли стихает. В период зимнего антициклона, особенно когда дым или туман ослабляют солнечное тепло, такое устойчивое состояние может наблюдаться в течение всего дня.

В облачную погоду солнечная радиация минимальна, и температурный градиент становится нейтральным или адиабатическим. Температура воздуха с высотой падает за счет охлаждения поднимающегося воздуха при адиабатическом расширении. Турбулентность в воздухе зависит от ветра и рельефа земли.

На рис. 5.5.2 показано рассеяние дыма из трубы (в средней части), изменение температуры воздуха (слева) и концентрации загрязнителя (справа) с высотой.

Штриховой линией показано адиабатическое изменение температуры. В случае «а» температура падает быстрее, чем при адиабатическом изменении. Такое состояние называется переходным. В случае «б» температура растет с высотой, это состояние называется инверсией. Случай «в» является вариантом, когда нижняя часть струи находится в состоянии инверсии, а верхняя – в переходном состоянии.

Концентрация загрязнителя во всех случаях максимальна в центре струи и уменьшается к периферии, особенно резко в состоянии инверсии.

В переходном состоянии на струе могут наблюдаться «пучности» (как вверх, так и вниз), вызванные турбулентностью в нестабильных условиях. В условиях инверсии струя не размывается.Р ис. 5.5.2. Рассеяние дыма из трубы (обозначения в тексте)

Рис. 5.5.3. Зависимость концентрации загрязнителя на уровне земли от расстояния от трубы

Изменение концентрации загрязнителя на уровне земли (1 м от земли) в зависимости от расстояния от трубы показано на рис. 5.5.3. Максимальная концентрация наблюдается на расстоянии, равном 10–30 высотам трубы.

Если температура выбрасываемого из трубы газа значительно выше температуры окружающего воздуха, над трубой наблюдается восходящий столб дыма и вместо истинной высоты трубы следует брать эффективную высоту, которая учитывает этот эффект.

Кроме того, на рассеяние загрязнителей из дымовых труб влияет характер рельефа местности и высота строений и сооружений в окрестностях трубы, за счет которых может происходить размыв струи, подсос дыма в низины или пространства между зданиями, возникновение застоя загрязнителя в складках местности и между строениями.

В адиабатических и переходных условиях расчет концентрации загрязнителя на уровне земли с достаточной точностью можно провести по уравнению Саттона, полученному теоретически и проверенному на распространении радиоактивного изотопа аргона, дыма, масляного тумана и оксида серы (IV):

(5.5.9)

где C(x) – концентрация загрязнителя на расстоянии x м, ед. выд./м³; h – высота трубы, м; Q – скорость (мощность) выброса, ед. выд./с; v – скорость ветра, м/с; D_y и D_z – фактические коэффициенты диффузии в горизонтальном и вертикальном направлениях; n – безразмерный параметр, зависящий от устойчивости потока.

Имеется также более сложное уравнение, учитывающее рассеяние загрязнителя в направлении, перпендикулярном потоку дыма.

П риложение 5.5.1