5.2 Порядок виконання лабораторної роботи

Для виконання вказаної лабораторної роботи розрахунком визначається висота підйому димової хмари та графічно ілюструється динаміка її підйому в атмосфері.

5.2.1 Методика розрахунку висоти підйому димової хмари

Висоту підйому димової хмари можна визначити з рівняння співвідношень температур диму, навколишнього повітря і вертикальних градієнтів температури:

t_д - Δt_адіаб·H = (t_o -  t_пр·h_дим ) - Δt_пр·H (5.1)

де t_д- температура відхідних газів з димової труби, ºC;

Δt_адіаб - адіабатичний вертикальний градієнт температури, ºC;

Н – висота підйому димової хмари, м;

t_o- температура повітря на витоці з труби, ºC;

Δt_пр - переважний вертикальний градієнт температури, ºC/100м;

h_дим - висота димаря, м.

Якщо підставити в рівняння 5.1 температуру повітря на витоці з труби, яка дорівнює експериментальній величині – 20^оС, можна легко визначити висоту підйому димової хмари у режимі температурної інверсії і без неї.

Значення вертикальних градієнтів температури наносяться на графік залежності температури повітря від висоти над поверхнею Землі t = f(H) – динаміка підйому димової хмари в атмосфері.

5.2.2 Приклад розрахунку висоти підйому димової хмари

Вихідні дані для розрахунку:

1. Температура відхідних газів з димової труби дорівнює t_д = 30ºC.

2. Температура повітря на витоці труби дорівнює t_o = 20ºC.

3. Переважний вертикальний градієнт температури Δt_пр = +0,65ºC / 100м.

4. Висота димаря дорівнює h_дим = 30м.

5. Адіабатичний вертикальний градієнт температури Δt_адіаб = 1 ºC.

1. Визначаємо висоту підйому димової хмари при Δt_пр = +0,65ºC/100 м за рівнянням (5.1), підставивши задані величини. Одержуємо розрахункову величину висоти підйому димової хмари Н від поверхні Землі:

30 - 1,0 Н = (20 – 0,65 30/100) – 0,65 Н;

30 - 1,0 Н = 20 – 0,19– 0,65 Н;

10,19 = 0,35Н;

Н = 2911 м.

Димова хмара піднімається від поверхні Землі на висоту:

Н + h_дим = 2911 + 30 = 2941 м.

2. Визначаємо висоту підйому димової хмари при Δt_пр = -0,65ºC / 100м (режим температурної інверсії). Як і при вертикальному градієнті температури Δt_пр = +0,65ºC/100м, підставляємо задані величини в рівняння (5.1):

t_д - Δt_адіаб Н = ( t_o - Δt_прh_дим) - Δt_прН;

30 - 1,0 Н = (20 – 0,65 30/100) + 0,65 Н;

30 - 1,0 Н = 20 – 0,19 + 0,65 Н;

9,81 = 1,65Н;

Н = 594 м.

При інверсії температури димова хмара піднімається від поверхні Землі на висоту 594 + 30 = 624 м. На мал. 5.7 представлена динаміка підйому димової хмари в атмосфері.

Відповідно до адіабатичного градієнта температури, димова хмара в нашому прикладі буде підійматися доти, доки ії температура не стане тією ж, що і температура навколишнього повітря. При відсутності температурної інверсії дві лінії вертикальних градієнтів температури перетинаються в точці, що відповідає висоті 2941м від поверхні Землі, а при наявності температурної інверсії – 624м від поверхні Землі.

Температура, ^оС

Мал. 5.7 - Динаміка підйому димової хмари в атмосфері

5.2.3 Завдання для розрахунку підйому димової хмари

Потрібно визначити висоту підйому димової хмари та графічно показати динаміку підйому димової хмари в атмосфері, як показано в прикладі п.5.2.2, виходячи з таких даних:

1. Температура відхідних газів з димової труби дорівнює t_д = (30 + 1/2 n)ºC, де n – порядковий номер студента за списком в журналі групи.

2. Температура повітря на витоці труби - t_o = (20 + 0,8n) ºC.

3. Переважний вертикальний градієнт температури - Δt_пр=(+0,65+0,05n)ºC/100м.

4. Адіабатичний вертикальний градієнт температури - Δt_адіаб = (1 + 0,01n) ºC.

5. Висота димаря h_тр: для парних варіантів - 80м, для непарних варіантів - 50м.

5.3 Зміст звіту

У звіті повинно бути:

1. Мета роботи.

2. Короткі теоретичні відомості.

3. Методика розрахунку висоти підйому димової хмари.

4. Розрахунок підйому димової хмари.

5. Графік побудови динаміки підйому димової хмари в атмосфері.

6. Висновок.