Рассеивание загрязняющих веществ в атмосфере

1. Задание 1

Рассчитать максимальную приземную концентрацию С_max загрязняющих веществ, создаваемую источником загрязнения атмосферы (ИЗА); расстояние x_max от ИЗА до точки максимальной приземной концентрации; опасную скорость ветра и_max, при которой создается максимальная концентрация ЗВ; показатель опасности загрязнения j и концентрации ЗВ по оси факела выбросов и перпендикулярно ей для точек, отстоящих от ИЗА на расстояниях x_max/2, х_max, 3x_max и 6x_max.

По результатам расчетов построить требуемые профили приземных концентраций, определить длину зоны загрязнения, в которой превышена среднесуточная ПДК, и ее ширину в заданных точках, найти радиус зоны влияния ИЗА.

Рассмотреть и предложить инженерные решения по снижению приземных концентраций ЗВ, рассчитать требуемую для этого высоту трубы, эффективность предварительной очистки выбросов и ПДВ.

Параметры рассчитывают в следующем порядке:

расход газовоздушной смеси

;

безразмерные параметры

; ;

при f < 100;

при f < 100 и н_max<2;

n=1 при f < 100 и н_max? 2;

опасная скорость ветра

u_max = н_max при н_max? 2 и f < 100;

при н_max>2 и f < 100;

максимальная концентрация ЗВ С_max (в миллиграммах на метр кубический)

; (1)

расстояние от ИЗА до точки с С_max

где А — безразмерный коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы (распределение температур воздуха по высоте, влияющее на его вертикальное перемещение), для Твери и Тверской области А = 160; М — масса выбросов ЗВ, г/с; F — безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания выбросов, для газов F = 1, для твердых частиц F = 2 при Э < 75%, F = 2,5 при Э = 75?90% и F = 3 при Э>90%; з — безразмерный коэффициент, отражающий влияние рельефа местности и изменяющийся от 1 до 10, для ровной и слабопересеченной местности з =1,0;

* приземные концентрации ЗВ С_i, по оси факела выброса на расстояниях x_i равных x_max/2, х_max, 3x_max и 6x_max,

где S₁ — безразмерный коэффициент,

при ;

при ;

при ;

приземные концентрации ЗВ С_у на перпендикулярах к оси факела выброса,

для; для и ,

где S₂ — безразмерный коэффициент,

;

при; при; - расстояние по перпендикуляру от оси факела выбросов (в расчетах следует принять равным 50, 100, 200, 300 и 400 м).

2. Задание 2

Определить концентрации загрязнения атмосферного воздуха окисью углерода, оксидами азота и углеводородами в солнечную и дождливую погоду в расчетном поперечнике на расстояниях l от кромки автомобильной дороги, указанных в таблице.

Построить графики зависимости изменения концентрации ЗВ от расстояния от кромки дороги l.

Выбрать защитные мероприятия по снижению концентрации ЗВ в зоне жилой застройки, удаленной на расстояние l от дороги, до допустимого уровня, если скорость господствующего ветра 3 м/с. Сведения о фоновых концентрациях отсутствуют.

Методика расчета. Основными токсичными компонентами отработавших газов двигателей внутреннего сгорания (ДВС) автотранспорта являются оксиды углерода, азота и углеводорода. Оценку уровня загрязнения воздушной среды отработавшими газами следует производить на основе расчета. Методика расчета включает поэтапное определение эмиссии (выбросов) отработавших газов и концентрации загрязнения воздуха этими газами на различном расстоянии от дороги, а затем сравнение полученных данных с ПДК данных веществ в атмосферном воздухе населенных пунктов. При расчете выбросов учитываются различные типы автотранспортных средств и конкретные дорожные условия.

Параметры загрязнения рассчитывают в следующем порядке:

1. Мощность эмиссии (в миллиграммах на метр в секунду) ЗВ отдельно для каждого компонента (окиси углерода, оксидов азота, углеводородов) на конкретном участке дороги

,

где т — коэффициент, учитывающий дорожные и транспортные условия, принимаемый по графику (см. рисунок); G_iк и G_iд — средний эксплуатационный расход топлива для данного типа карбюраторных и дизельных автомобилей соответственно, л/км; N_iк и N_iд — интенсивность движения каждого выделенного типа карбюраторных и дизельных автомобилей в час; К_к и К_д — коэффициенты, принимаемые для данного компонента загрязнения в зависимости от типа автомобиля.

Значения коэффициентов К_к и К_д в зависимости от вида выброса следующие:

Выброс Окись углерода Углеводороды Оксиды азота К_к/К_д 0,6/0,14 0,12/0,037 0,06/0,015

2. Концентрации загрязнения атмосферного воздуха токсичными компонентами отработавших газов на различном расстоянии от дороги / (используется модель Гауссового распределения примесей в атмосфере на небольших высотах) загрязнение автомобиль модель гауссовский

где у — стандартное отклонение Гауссового рассеивания в вертикальном направлении, м; х_в — скорость ветра, преобладающего в расчетный период, м/с; ц — угол, составляемый направлением ветра к трассе дороги, при ц < 30° принять sin ц = 0,5; F_j — фоновая концентрация загрязнения воздуха, мг/м³.

Стандартное Гауссовое отклонение в зависимости от расстояния до кромки проезжей части и состояния погоды устанавливается следующим образом:

В числителе — для солнечной погоды; в знаменателе — для дождливой.

Для токсичных составляющих отработавших газов тепловых двигателей в воздухе населенных мест регламентированы среднесуточные значения ПДК:

Вещество Окись углерода Углеводороды Оксиды азота Класс опасности 4 3 2

Среднесуточные ПДК, мг/м³ 3,0 1,5 0,04

Эти значения должны быть сопоставлены с полученными в расчете концентрациями каждого компонента ЗВ на различных расстояниях l в поперечном направлении и в зоне жилой застройки. Такое сопоставление лучше всего проводить по графикам загрязнения придорожной зоны токсичными компонентами отработавших газов. С помощью этих графиков следует определить концентрации ЗВ над кромкой дороги и в начале зоны жилой застройки. В случае превышения ПДК необходимо предложить мероприятия по нормализации концентраций ЗВ в жилой зоне.

Исходные данные

Описание программы Предметная область Предметная область — Экологический расчет. Данный программный продукт разработан для решения 2 типов задач:

Рассчет рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере и предельно допустимых выбросов от одиночных стационарных источников загрязнения; Токсические выбросы при эксплуатации автомобилей Системные требования Минимальные системные требования:

ЦП: 500 мГц ОЗУ: 512 Мб для Windows XP, 1 Гб для Windows Vista, 7

HDD: 10 Мб свободного места ОС: Windows XP, Vista, 7

Видео: Разрешение экрана 1366*768

Руководство пользователя Запуск программы После запуска программы на экране появляется заставка (рис. 1).

Рис. 1. Заставка Затем на экране появляется главное меню с возможностью выбора задачи (рис. 2).

Рис. 2. Главное меню Расчета рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере и предельно допустимых выбросов от одиночных стационарных источников загрязнения; Расчета токсических выбросов при эксплуатации автомобилей.

Чтобы перейти к решению конкретной задачи необходимо выбрать её поставив точку в соответствующее поле и нажать кнопку «Пуск».

Для выхода следует нажать кнопку «Выход».

Расчет рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере и предельно допустимых выбросов от одиночных стационарных источников загрязнения.

Рис. 3. Меню первой задачи Для расчета необходимо:

Нажать на кнопку «ввод данных».

Рис. 4 Ввод данных В появившемся окне ввести необходимые данные или нажать кнопку «Тестовые данные» (при нажатии на кнопку поля заполняются случайно одним из 25 вариантов) и нажать кнопку «окей» после следует нажать на кнопку «Расчет» теперь можно посмотреть результаты нажав на кнопку «результат».

Рис. 5. Результаты График виден в левой части окна, с помощью меню «профиль» можно выбрать тип графика, также можно перейти к увеличенным формам графика и вывести их на печать нажав на кнопку «графики»

Чтобы вызвать методические указания к работе следует нажать на кнопку «методическое пособие».

Рис. 6. Окно графики Чтобы перейти в главное меню необходимо нажать кнопку «Сменить задачу».

Для выхода нажмите «выход».

Токсические выбросы при эксплуатации автомобилей.

Рис. 7. Меню второй задачи Для расчета необходимо: Нажать на кнопку «ввод данных».

Рис. 8. Ввод данных В появившемся окне ввести необходимые данные или нажать кнопку «Тестовые данные» (при нажатии на кнопку поля заполняются случайно одним из 25 вариантов) и нажать кнопку «окей».

После следует нажать на кнопку «Расчет».

График виден в левой части окна, для печати графика следует нажать кнопку «печать».

Чтобы перейти в главное меню необходимо нажать кнопку «Сменить задачу».

Для выхода нажмите «выход».

3. Листинг программы

Unit 4 (основной вычислительный модуль).

unit Unit4;

interface

uses

Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,

Dialogs;

type

TForm4 = class (TForm)

private

{Private declarations}

public

{Public declarations}

end;

procedure rasch ();

procedure rach2 ();

function qubkor (x:real):real;

function koefm (x:real):real;

var

Form4: TForm4;

dan2, func1, func2, mf, dan: boolean;

mm, ff, cmax, m, nu, xmax, dh, umax, n, f, vmax, V, mz, mn, ms, mc, h, d, w0, dt, a, e: real;

c: array [1.4] of real;

x:array [1.3] of real;

c1, c2, c3, t, y: array [-5.5] of real;

///// задача1 >

//// задача2 <

n2, ax, bx: real;

na, pa, g: array [1.6] of real;

cc1, ch1, cn1: array [1.9] of real;

qc, qh, qn, cc, ch, cn, Kkc, kkh, kkn, kdc, kdh, kdn, vvv, fi, lll, lll1, sig, fff, vvet: real;

day:boolean;

implementation

{$R *.dfm}

procedure rasch ();

var j, i: integer;

begin

mm:=mz+mn+ms+mc;

ff:=2;

v:=pi*sqr (d)/4*w0;

f:=1000*sqr (w0)*d/(sqr (h)*dt);

// showmessage (floattostr (f));

vmax:=0.65*qubkor (v*dt/h);

if f<100 then

begin

m:=1/(0.67+0.1*sqrt (f)*0.34*qubkor (f));

if vmax<=2 then

begin

n:=0.532*sqr (vmax) — 2.13*vmax+3.13;

umax:=vmax;

end

else begin

n:=1;

umax:=vmax*(1+0.12*sqrt (f));

end;

cmax:=a*M*FF*mm*n/(sqr (h)*qubkor (v*dt));

xmax:=(5-F)/4*h;

for i:=1 to 4 do

begin

if i=1 then begin

c[i]: =1.13/(0.13*4+1); end;

if i=2 then

c[i]: =cmax*(3−8+6);

if i=3 then

c[i]: =cmax*(3*(1/81) — 8*(1/27)+6*(1/9));

if i=4 then

c[i]: =cmax*(3*(1/(6*6*6*6)) — 8*(1/(6*6*6))+6*(1/(6*6)));

// begin

end;

for j:=1 to 3 do begin

if j=1 then x[j]: =xmax;

if j=2 then x[j]: =3*xmax;

if j=3 then x[j]: =6*xmax;

for i:=-5 to 5 do begin

if i=-5 then y[i]: =-400;

if i=-4 then y[i]: =-300;

if i=-3 then y[i]: =-200;

if i=-2 then y[i]: =-100;

if i=-1 then y[i]: =-50;

if i=0 then y[i]: =0;

if i=1 then y[i]: =50;

if i=2 then y[i]: =100;

if i=3 then y[i]: =200;

if i=4 then y[i]: =300;

if i=5 then y[i]: =400;

if umax<=5 then t[i]: =umax*sqr (abs (y[i]))/sqr (x[j])

else t[i]: =5*sqr (abs (y[i]))/sqr (x[j]);

if j=1 then c1 [i]: =(1/sqr ((1+5*t[i])+12.8*sqr (t[i])+17*sqr (t[i])*t[i]+

45.1*sqr (t[i])*sqr (t[i])))*cmax;

if j=2 then c2 [i]: =(1/sqr ((1+5*t[i])+12.8*sqr (t[i])+17*sqr (t[i])*t[i]+

45.1*sqr (t[i])*sqr (t[i])))*c[3];

if j=3 then c3 [i]: =(1/sqr ((1+5*t[i])+12.8*sqr (t[i])+17*sqr (t[i])*t[i]+

45.1*sqr (t[i])*sqr (t[i])))*c[4];

end;

end;

end;

end;

function qubkor (x:real):real;

begin

qubkor:=exp (1/3*ln (x));

end;

function koefm (x:real):real;

var koefms: string;

begin

if ((x>=20) and (x<24)) then koefm:=3.0

else if ((x>=24) and (x<28)) then koefm:=3.2

else if ((x>=28) and (x<32)) then koefm:=3.4

else if ((x>=32) and (x<36)) then koefm:=3.6

else if ((x>=36) and (x<40)) then koefm:=3.8

else if ((x>=40) and (x<44)) then koefm:=4

else if ((x>=44) and (x<48)) then koefm:=3.7

else if ((x>=48) and (x<52)) then koefm:=3.4

else if ((x>=52) and (x<56)) then koefm:=3.1

else if ((x>=56) and (x<60)) then koefm:=2.8

else if ((x>=60) and (x<64)) then koefm:=2.5

else if ((x>=64) and (x<68)) then koefm:=2.2

else if ((x>=78) and (x<72)) then koefm:=1.9

else if ((x>=72) and (x<76)) then koefm:=1.6

else if ((x>=76) and (x<80)) then koefm:=1.3

else if ((x>=80) and (x<84)) then koefm:=1

else if ((x>=84) and (x<88)) then koefm:=1.1

else if ((x>=88) and (x<92)) then koefm:=1.2

else if ((x>=92) and (x<96)) then koefm:=1.3

else if ((x>=96) and (x<100)) then koefm:=1.4

else if ((x>=100) and (x<104)) then koefm:=1.5

else if ((x>=104) and (x<108)) then koefm:=1.6

else if ((x>=108) and (x<112)) then koefm:=1.7

else if ((x>=112) and (x<116)) then koefm:=1.8

else if ((x>=116) and (x<120)) then koefm:=1.9

else begin //showdialog ('коэф m не задан', 'ввеедите коэф м', koefms);

// koefm:=strtofloat (koefms);

koefm:=0;

end;

end;

// procedure koef ();

// begin

// bx:=koefm (ax);

// end;

procedure rach2 ();

var i: integer;

begin

for i:=1 to 6 do

na[i]: =pa[i]*n2/100;

g[1]:= 0.11;

g[2]: = 0.16;

g[3]: = 0.33;

g[4]: = 0.34;

g[5]: = 0.37;

g[6]: = 0.28;

Kkc:=0.6;

kkh:=0.12;

kkn:=0.06;

kdc:=0.14;

kdh:=0.037;

kdn:=0.015;

qc:=0.206*koefm (vvv)*((g[1]*na[1]+g[2]*na[2]+g[3]*na[3]+g[5]*na[5])*Kkc+(g[4]*na[4]+g[6]*na[6])*kdc);

qh:=0.206*koefm (vvv)*((g[1]*na[1]+g[2]*na[2]+g[3]*na[3]+g[5]*na[5])*kkh+(g[4]*na[4]+g[6]*na[6])*kdh);

qn:=0.206*koefm (vvv)*((g[1]*na[1]+g[2]*na[2]+g[3]*na[3]+g[5]*na[5])*kkn+(g[4]*na[4]+g[6]*na[6])*kdn);

if day then begin

if lll<=10 then begin sig:=2 end

else if lll<=20 then begin sig:=4 end

else if lll<=40 then begin sig:=6 end

else if lll<=60 then begin sig:=8 end

else if lll<=80 then begin sig:=10 end

else if lll<=100 then begin sig:=13 end

else if lll<=150 then begin sig:=19 end

else if lll<=200 then begin sig:=24 end

else if lll<=250 then begin sig:=30 end

end else begin

if lll<=10 then begin sig:=1 end

else if lll<=20 then begin sig:=2 end

else if lll<=40 then begin sig:=4 end

else if lll<=60 then begin sig:=6 end

else if lll<=80 then begin sig:=8 end

else if lll<=100 then begin sig:=10 end

else if lll<=150 then begin sig:=14 end

else if lll<=200 then begin sig:=18 end

else if lll<=250 then begin sig:=22 end

end;

if fi<30 then fi:=30;

cc:=2*qc/(sin (fi/57.296)*sqrt (2*pi*sig*vvet))+fff;

ch:=2*qc/(sin (fi/57.296)*sqrt (2*pi*sig*vvet))+fff;

cn:=2*qc/(sin (fi/57.296)*sqrt (2*pi*sig*vvet))+fff;

for i:=1 to 9 do begin

if day then begin

if i=1 then begin sig:=2; end

else if i=2 then begin sig:=4; end

else if i=3 then begin sig:=6; end

else if i=4 then begin sig:=8; end

else if i=5 then begin sig:=10; end

else if i=6 then begin sig:=13; end

else if i=7 then begin sig:=19; end

else if i=8 then begin sig:=24; end

else if i=9 then begin sig:=30; end

end else begin

if i=1 then begin sig:=1; end

else if i=2 then begin sig:=2; end

else if i=3 then begin sig:=4; end

else if i=4 then begin sig:=6; end

else if i=5 then begin sig:=8; end

else if i=6 then begin sig:=10; end

else if i=7 then begin sig:=14; end

else if i=8 then begin sig:=18; end

else if i=9 then begin sig:=22; end

end;

/// fff:=20;

cc1 [i]: =2*qc/(sin (fi/57.296)*sqrt (2*pi*sig*vvet))+fff;

ch1 [i]: =2*qh/(sin (fi/57.296)*sqrt (2*pi*sig*vvet))+fff;

cn1 [i]: =2*qn/(sin (fi/57.296)*sqrt (2*pi*sig*vvet))+fff; end;

end;

end.