Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теория и практика нормативного расчёта величин загрязнения окружающей среды на автомобильном транспорте и транспортных предприятиях. Учебное электронн.pdf
ω++
=
=
Концентрация СО в приземном
слое атмосферного воздуха
на различном расстоянии
от полосы движения, мг/м
Без использования
нейтрализаторов
С использованием
нейтрализаторов
1.5. Результаты расчёта
Расстояние от дороги, м
5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
3
1.2. ТЕОРИЯ РАСЧЁТА КОНЦЕНТРАЦИИ ТОКСИЧНЫХ
ВЫБРОСОВ ОТ АВТОТРАНСПОРТА НА РАСЧЁТНОМ
ПОПЕРЕЧНИКЕ ПО МОДЕЛИ ГАУССОВСКОГО
Для определения концентраций токсичных веществ (оксида углерода
(CO), углеводородов
мосферного воздуха на различном расстоянии от дороги используют модель Гауссовского распределения примесей в атмосфере.
1. Расчёт касательной силы тяги.
Для большей точности расчёт касательной силы тяги (F
дится отдельно для спуска, подъёма и на площадке с учётом состояния и
типа дорожного полотна, скорости движения и сопротивления воздуха по
следующей формуле [1]:
где G – вес автомобиля, Н; f0 – коэффициент сопротивления качению (характеризует тип и состояние дорожного полотна: для асфальтобетона
f
= 0,015…0,020, для гравийной дороги f0 = 0,040…0,045); i – уклон на
0
дороге (+i на подъеме; –i на спуске; i = 0 на площадке); ω
сопротивления воздуха.
Вес автомобиля рассчитывается по выражению:
где Ма – масса автомобиля с грузом (табл. 1.6), кг; g – ускорение свободного падения (равно 9,81 м/с
РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИМЕСЕЙ В АТМОСФЕРЕ
(C
) и оксидов азота (NOx)) в приземном слое ат-
nHm
),(
ifGF
(1.3)
2
).
в0к
– коэффициент
в
gMG
, (1.4)
a
, Н) прово-
к
11
Коэффициент сопротивления воздуха (ωв) рассчитывается по форму-
=
=
ле [2]:
в
2
gkSV
=ω
,
(1.5)
G
где k – коэффициент обтекаемости (для грузовых автомобилей k = 0,06…
0,07; для легковых автомобилей k = 0,020…0,035; для автобусов
k = 0,025…0,040); S – площадь проекции автомобиля на плоскость, пер-
пендикулярную направлению его движения («лобовая площадь»), м
V – скорость движения автомобиля, м/с; g – ускорение свободного паде-
ния, м/с
2
; G – вес автомобиля, Н.
2
Лобовую площадь автомобиля S можно определить по приближён-
ным формулам:
– для грузовых автомобилей с кузовом «фургон»
– для грузовых автомобилей и автобусов
ВНS 90,0
; (1.6)
ВНS 85,0
, (1.7)
где В и Н – габаритные ширина и высота автомобилей (табл. 1.6), м.
1.6. Информация о массе и габаритных ширине и высоте автомобилей
Наименование
автомобиля
Ширина В, м Высота Н, м Масса Ма, кг
;
Автобусы:
ЛиАЗ 5256 2,50 3,06 17 835
ЛАЗ 4207 2,50 3,13 13 250
ПАЗ-3205-110 2,52 2,96 7705
ПАЗ-4230-01 2,50 2,995 11 040
Грузовые автомобили с кузовом «фургон»:
Урал 4320 2,50 2,87 16 015
КамАЗ 53213 2,50 3,65 18 225
Грузовой автомобиль:
МАЗ 5337 2,50 2,90 18 000
12
η
2. Расчёт расхода топлива.
Обычно расход топлива Q
принимают по технической характери-
п
стике автомобиля (по экспериментальному расходу), что не совсем верно,
так как эта величина измеряется на ровной площадке асфальтобетонной
дороги при движении автомобиля с постоянной скоростью. В действительности расход горючего в конкретных условиях движения (подъёмы,
спуски и т.п.) будет существенно отличаться от рекомендуемого.
Для более точных рас
топлива (Q
, л/км) с учётом имеющихся дорожных условий можно при-
п
чётов то
нимать по формуле Ю. Д. Силукова [1]:
п
ксичных выбросов величину расхода
nlF
4200
к
,
(1.8)
ρηη=H
трд
aQ
где a – безразмерный коэффициент (a = 0,19); Fк – касательная сила тяги,
реализуемая на ведущих колесах автомобиля, Н; l – длина участка дороги
(подъёма, спуска или площадки), м; n – коэффициент, учитывающий режим
работы двигателя (на подъёме n = 1,3; на площадке n = 1,2, на спуске
n = 1,5);
– КПД двигателя (0,27…0,43);
д
– КПД трансмиссии (0,85);
η
тр
Н – удельная теплотворная способность топлива, ккал/кг (для бензина
10500 ккал/кг, для дизельного топлива 10300 ккал/кг); ρ – плотность топлива, кг/л (для бензина ρ = 0,740 кг/л, для дизельного топлива ρ =
0,875 кг/л).
3. Расчёт интенсивности выбросов.
Значение интенсивности выбросов для каждого загрязняющего вещества определяется по фор
мулам [2
к
д
]:
4
1006,2−⋅=
4
1006,2−⋅= , (1.10)
mKNQq
; (1.9)
ккп
mKNQq
ддп
где qк, qд – интенсивность выбросов загрязняющего вещества для карбюраторных и дизельных двигателей соответственно, г/м·с; Q
лива (потребный) одним автомобилем, л/км; N
, Nд – интенсивность дви-
к
– расход топ-
п
жения автомобилей с карбюраторными и дизельными двигателями соответственно, авт./ч; K
, Kд – коэффициенты, учитывающие тип двигателя и
к
компонент загрязнения (табл. 1.7); m – коэффициент, учитывающий дорожные и автотранспортные условия; принимается по графику (рис. 1.1) в
зависимости от скорости транспортного потока.
13
1.7. Значения коэффициентов Kк и Kд [2]
Вид выбросов
(загрязняющее вещество)
Значения коэффициентов для:
карбюраторного
двигателя K
к
дизельного двигателя
(Kд)
Оксид углерода 0,6 0,14
Углеводороды 0,12 0,037
Оксиды азота 0,06 0,015
Рис. 1.1. Зависимость коэффициента m,
учитывающего дорожные и транспортные условия движения,
от средней скорости транспортного потока [2]
4. Расчёт концентрации токсичных веществ:
Концентрации загрязняющих веществ (оксида углерода, углеводородов, оксидов азота) в приземном слое атмосферного воздуха определяются по выражению [2]:
С +
=
где С – концентрация загрязняющего вещества в приземном слое атмосферного воздуха, мг/м
3
; q – интенсивность выбросов загрязняющего ве-
3
102
q
⋅
u
2sin
(1.11)
,
F
πϕσ
щества автотранспортными средствами, г/(м·с); σ – стандартное отклонение Гауссовского рассеивания в вертикальном направлении (табл. 1.8), м;
14
φ – угол, составляемый направлением ветра к трассе дороги, град; и – скорость ветра, учитываемая при угле к дороге φ не менее 30°; F – фоновая
концентрация загрязнения воздуха, мг/м
F = 0 мг/м
3
).
3
(при расчётах принять
При угле от 90° до 30° скорость ветра следует умножать на синус уг-
ла, а при угле менее 30° – вместо (и
· sinφ) в формуле (1.11) нужно исполь-
зовать коэффициент 0,5.
Результаты расчёта по формуле 1.11 сопоставляются с предельно допустимыми концентрациями (ПДК) токсичных составляющих отработавших газов двигателей в воздухе населённых пунктов, которые приведены
в табл. 1.9.
По полученным результатам строятся графики зависимости концентраций загрязняющих веществ от расстояния до проезжей части.
1.8. Значения стандартного Гауссовского отклонения σ
Солнечная
радиация
при удалении от кромки проезжей части [2]
Значения стандартного Гауссовского отклонения σ на различном
удалении (в метрах) от кромки проезжей части, м
10 20 40 60 80 100 150 200 250
Сильная 2 4 6 8 10 13 19 24 30
Слабая 1 2 4 6 8 10 14 18 22
Примечание. Сильная солнечная радиация соответствует ясной солнечной погоде, слабая – пасмурной (в т. ч. дождливой). Величина должна приниматься в расчётный период наибольшей интенсивности движения (летний
период). Уровень солнечной радиации принимается в зависимости от того, какая погода превалирует в расчётный месяц
1.9. Предельно допустимые концентрации
токсичных составляющих отработавших газов
Вид вещества
Оксид углерода 4 3,0
Углеводороды 3 25,0
Оксиды азота (по NO2) 2 0,04
в воздухе населённых пунктов [2]
Класс
опасности
Среднесуточная предельно
допустимая концентрация, мг/м
3
15
1.2.1. Пример расчёта
Определить концентрацию оксидов азота в приземном слое атмосферного воздуха на расстоянии 10, 20, 40, 60, 80, 100 м от дороги во время движения по гравийной дороге автомобиля Урал 4320 со скоростью
13 м/с на подъёме длиной 1500 м и площадке длиной 2000 м. Продольный
уклон дороги i = 0,070. Коэффициент сопротивления качению f
= 0,045.
0
Интенсивность движения 400 авт./ч. Вид топлива – дизельное. Солнечная
радиация – сильная. Ветер дует по отношению к дороге под углом 35° со
скоростью 3 м/с.
Решение:
I. На подъёме.
1. Определяем касательную силу тяги F
по формуле 1.3, для чего
к
сначала находим вес автомобиля G (формула 1.4), лобовую площадь автомобиля S (формула 1.6) и коэффициент сопротивления воздуха ω
(фор-
в
мула 1.5).
Исходные данные:
М
= 16015 кг, В = 2,50 м, Н = 2,87 м (по табл. 1.6);
а
f
= 0,045;
0
i = 0,070;
k = 0,07 (для грузовых автомобилей);
V = 13 м/с.
Тогда
G = 16015 · 9,81 = 157 107,2 Н;
S = 0,90 · 2,50 · 2,87 = 6,46 м2;
ωв = 0,07 · 6,46 · 13
2
· 9,81 / 157 107,2 = 0,0048;
Fк = 157107,2 · (0,045 + 0,070 + 0,0048) = 18 821,44 Н.
2. Определяем расход горючего Qп по формуле 1.8.
Исходные данные:
a = 0,19;
F
= 18 821,44 Н;
к
l = 1500 м;
n = 1,3 (на подъёме);
η = 0,35;
д
= 0,85;
η
тр
Н = 10 300 ккал/кг, ρ = 0,875 кг/л (для дизельного топлива).
Тогда
16
Qп = 0,19 · 18821,44 · 1500 · 1,3 / (4200 · 0,35 · 0,85 · 10300 · 0,875) =
= 0,6192 л/км.
3. Определяем интенсивность выбросов NOx дизельным двигателем
q
по формуле 1.10.
д
Исходные данные:
Q
= 0,6192 л/км;
п
N
= 400 авт./ч;
д
K
= 0,015 (для оксидов азота по табл. 1.7);
д
m = 0,3 (по графику (рис. 1.1), так как скорость транспортного потока
равна 13 м/с, или 47 км/ч).
Тогда
qд = 2,06 · 10
–4
· 0,6192 · 400 · 0,015 · 0,3 = 2,2960 · 10
–4
г/(м·с).
4. Определяем концентрацию NOx в приземном слое атмосферного
воздуха для различных расстояний от дороги при сильной солнечной радиации по формуле 1.11.
Исходные данные:
q = 2,2960
· 10
–4
г/(м·с);
u = 3 м/с;
φ = 35°;
σ – по табл. 1.8.
Тогда
на расстоянии 10 м от дороги (σ = 2 м):
34
10102960,22
⋅⋅⋅
=−C
=
14,3235sin32
⋅⋅°⋅
3
;ммг0532,0
на расстоянии 20 м от дороги (σ = 4 м):
34
10102960,22
⋅⋅⋅
=−C
=
14,3235sin34
⋅⋅°⋅
3
;ммг0266,0
на расстоянии 40 м от дороги (σ = 6 м):
34
−
10102960,22
=
C
⋅⋅⋅
=
14,3235sin36
⋅⋅°⋅
3
;ммг0178,0
на расстоянии 60 м от дороги (σ = 8 м):
17
34
−
10102960,22
C
=
на расстоянии 80 м от дороги (σ = 10 м):
C
=
на расстоянии 100 м от дороги (σ = 13 м):
C
=
⋅⋅⋅
14,3235sin38
⋅⋅°⋅
34
−
10102960,22
⋅⋅⋅
14,3235sin310
⋅⋅°⋅
34
−
10102960,22
⋅⋅⋅
14,3235sin313
⋅⋅°⋅
=
=
=
3
;ммг0133,0
3
;ммг0107,0
3
.ммг0082,0
II. На площадке:
1. Определяем касательную силу тяги F
по формуле 1.3.
к
Исходные данные:
G = 157107,2 Н;
= 0,045;
f
0
i = 0;
= 0,0048.
ω
в
Тогда
Fк = 157107,2 · (0,045 + 0 + 0,0048) = 7823,94 Н.
2. Определяем расход горючего Qп по формуле 2.6.
Исходные данные:
a = 0,19;
= 7823,94 Н;
F
к
l = 2000 м;
n = 1,2 (на площадке);
η = 0,35;
д
= 0,85;
η
тр
Н = 10300 ккал/кг, ρ = 0,875 кг/л (для дизельного топлива).
Тогда
Qп = 0,19 · 7823,94 · 2000 · 1,2 /
· 0,35 · 0,85 · 10300 · 0,875) = 0,3168 л/км.
/ (4200
3. Определяем интенсивность выбросов NOx дизельным двигателем
по формуле 1.10.
q
д
Исходные данные:
Q
= 0,3168 л/км;
п
18
Nд = 400 авт./ч;
K
= 0,015;
д
m = 0,3.
Тогда
qд = 2,06 · 10
–4
· 0,3168 · 400 · 0,015 · 0,3 = 1,1747 · 10
–4
г/(м·с).
4. Определяем концентрацию NOx в приземном слое атмосферного
воздуха для различных расстояний от дороги при сильной солнечной радиации по формуле 1.11.
Исходные данные:
q = 1,1747
· 10
–4
г/м·с;
u = 3 м/с;
φ = 35°;
σ – по табл. 1.8.
Тогда
на расстоянии 10 м от дороги (σ = 2 м):
=
C
на расстоянии 20 м от дороги (σ = 4 м):
=−C
на расстоянии 40 м от дороги (σ = 6 м):
=−C
на расстоянии 60 м от дороги (σ = 8 м):
=
C
на расстоянии 80 м от дороги (σ = 10 м):
=
C
на расстоянии 100 м от дороги (σ = 13 м):
−
34
10101747,12
⋅⋅⋅
=
14,3235sin32
⋅⋅°⋅
34
10101747,12
⋅⋅⋅
=
14,3235sin34
⋅⋅°⋅
34
10101747,12
⋅⋅⋅
=
14,3235sin36
⋅⋅°⋅
−
34
10101747,12
⋅⋅⋅
=
14,3235sin38
⋅⋅°⋅
−
34
10101747,12
⋅⋅⋅
=
14,3235sin310
⋅⋅°⋅
3
;ммг0272,0
3
;ммг0136,0
3
;ммг0091,0
3
;ммг0068,0
3
;ммг0055,0
19
34
−
10101747,12
⋅⋅⋅
C
=
=
14,3235sin313
⋅⋅°⋅
3
.ммг0042,0
Результаты расчёта представлены в табл. 1.10.
Анализ полученных данных показывает, что в заданных условиях
при движении автотранспорта на подъёме концентрация оксидов азота в
приземном слое воздуха на расстоянии 10 м от дороги превышает среднесуточную предельно допустимую концентрацию (0,04 мг/м
3
) в 1,33 раза.
При такой концентрации существует опасность нанесения вреда здоровью
людей. При увеличении расстояния от дороги концентрация NO
в при-
x
земном слое воздуха становится меньше среднесуточной ПДК, что соответствует требованиям санитарно-гигиенического нормирования.
При движении автотранспорта на площадке концентрация NO
x
в
приземном слое атмосферного воздуха на расстоянии 10 м от дороги не
превышает значение среднесуточной ПДК, а при большем удалении от
дороги становится ещё меньше, что также приемлемо для окружающей
среды.
По полученным результатам строим графики зависимости концен-
трации NO
в приземном слое атмосферного воздуха от расстояния до
x
проезжей части (рис. 1.2).
1.10. Результаты расчёта
Расстояние
от дороги, м
Концентрация NO
воздуха на различных участках дороги, мг/м
Подъём Площадка
в приземном слое атмосферного
x
3
20
10 0,0532 0,0272
20 0,0266 0,0136
40 0,0178 0,0091
60 0,0133 0,0068
80 0,0107 0,0055
100 0,0082 0,0042