Расчет распространения вредных веществ в атмосфере.
 
 
Вредные вещества, с которыми сталкиваются в своей работе специалисты по вентиляции, относятся к третьей группе загрязнителей. Промышленные выбросы можно разделить на технологические и вентиляционные. Первые, как правило, имеют более высокую концентрацию загрязнителей.

Источники выбросов подразделяют на точечные, линейные и объемные. Они могут быть расположены на уровне поверхности земли или на некоторой высоте над ним.

К точечным источникам относятся трубы, через которые осуществляется выброс загрязненного воздуха, шахты вытяжных систем вентиляции и т. п.

Линейные источники — аэрационные фонари и группы близко расположенных точечных источников (ряд вентиляционных шахт).

Объемные источники — зоны аэродинамического следа, загрязненные выбросами из зданий. Часть вредных веществ из аэрационных фонарей, вентиляционных и технологических шахт попадает в зону аэродинамического следа и накапливается в ней, образуя приземное загрязненное облако. Вредные вещества от наземных источников распространяются вдоль поверхности земли стелющимся потоком.

Наиболее хорошо изучены закономерности распространения вредных веществ от точечных источников.

Распространение газообразных примесей и пылевых частиц размером до 20 мкм, имеющих незначительную скорость осаждения, подчиняется одинаковым закономерностям. Более крупные частицы выпадают из газового облака и оседают на поверхность земли. Так как в настоящее время практически вся крупная пыль улавливается в очистных установках, то рассеивание пыли в атмосфере можно рассчитывать так же, как и рассеивание газообразных загрязнителей.

Форма струи, вытекающей из трубы, зависит в основном от состояния атмосферы. Различают три основные формы струи: волнообразная, конусоЪбразная и веерообразная.

Изменение концентрации загрязняющих веществ вдоль оси струи зависит от высоты трубы и турбулентного перемешивания. На некотором расстоянии Хмакс всегда образуется максимальная концентрация Смаке- Это расстояние тем меньше, чем ниже труба и чем сильнее турбулентность.

Как правило, вентиляционный загрязненный воздух поступает в атмосферу в виде факельных выбросов. Механизм действия факельного выброса основан на дальнобойности свободной затопленной струи и эжекционном перемешивании ее с окружающим воздухом. Ветер, естественно, искривляет ось струи, уменьшая высоту выброса, но обеспечивает более интенсивное рассеивание выбросов благодаря турбулентной диффузии.

При рассмотрении законов движения частиц в атмосфере различают два вида диффузии: 1) молекулярную, связанную со случайным и беспорядочным движением молекул; 2) турбулентную, обусловленную вихревым полем атмосферы. Интенсивность турбулентной диффузии даже в сравнительно спокойном воздухе во много раз превосходит интенсивность молекулярной диффузии. Диффузионный перенос происходит из областей с более высокими концентрациями примесей в области пониженных их значений (частично даже навстречу ветру).

Число Ri характеризует интенсивность турбулентного перемешивания атмосферы соотношением значений стабилизирующих и турбулизирующих факторов.

Процесс турбулентной диффузии математически описывается уравнением диффузии. Аналитические решения уравнения диффузии при значительном упрощении постановки задачи с экспериментальными поправками положены в основу инженерных способов расчета рассеивания вредных веществ в атмосфере.

Расчет концентрации вредных примесей на промышленной площадке и в ее окрестности является обязательным приложением к проекту генерального плана объекта. Результаты такого расчета дают возможность предъявлять вполне определенные требования к степени очистки выбросов. Зная мощность источников вредных веществ (по данным технологов), можно определить и мощность очистных установок.

Расчетные формулы определяют концентрацию вредных примесей в точке с заданными координатами (обычно на уровне поверхности земли) в зависимости от мощности источника, скорости ветра, высоты трубы, координат места расположения источника и коэффициентов турбулентного обмена в воздухе атмосферы.

Решение уравнения диффузии вредных газов на основе статистической теории было получено Тейлором.

Концентрация вредных веществ у поверхности земли максимальна в точке с координатами #=0, z—0, х=хчакс- При постоянных и равных коэффициентах Су и Cz эта концентрация, г/м3, равна:

т. е. концентрация прямо пропорциональна расходу вредных веществ и обратно пропорциональна скорости ветра v и квадрату высоты трубы Я.

Формулы Сеттона и аналогичные формулы, предложенные П. И. Андреевым, дают хорошую сходимость с данными эксперимента. Эмпирические коэффициенты, определяющие условия турбулентности в каждом конкретном случае, изменяются по данным разных авторов в широком диапазоне: СУ=С2=0,05 (П. И Андреев), Cy=Cz=0,2 (С. А. Клюгин), Су=0,21 и С2=0,12 (зарубежные авторы).

Главной геофизической обсерваторией имени А. И. Воейкова разработан метод определения требуемой высоты дымовых труб крупных котельных и ТЭЦ. Этот метод предназначен для расчета труб высотой более 50 м, выделяющих свыше 20 м3/с газов при tT—?Н=30°С и более.