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同学们好！今天这一讲
我们学习如何应用高斯模式进行点源扩散浓度的计算
我们前面介绍的高斯扩散模式，给出了在下风向任一点处
污染物浓度ρ和该点的坐标位置、排放源强Q
平均风速u、水平方向上的扩散参数、垂直方向上的扩散参数
以及烟囱有效高度H的关系
其中，烟囱排放的源强，可以通过实测得到
也可以利用我们在第二章学到的知识进行估算
而平均风速在可以测定的条件下，进行实测
没有条件实测的条件下，可以通过查询历史气象数据确定
水平和垂直方向上的扩散参数，实验直接测量一般比较困难
可以通过经验公式计算或者查表确定
烟囱的有效高度，是烟流的水平中心轴到地面的距离
等于烟囱的几何高度加上
由于排放烟气的动量及热量而造成的最大抬升高度
烟囱的几何高度对污染物的扩散
和最大落地浓度起着重要作用
在我国锅炉大气污染物排放标准中规定
应根据锅炉房的装机总容量
按照这个表来确定烟囱的最低允许高度
锅炉烟囱的具体高度按照批复的环境影响评价文件确定
烟囱几何高度是很容易测量的
所以我们接下来主要介绍如何确定烟气的抬升高度
由此可见，在已知源强和风速情况下
应用高斯模式计算污染物的浓度
主要需要确定烟气的抬升高度和扩散系数
首先我们来看烟气抬升高度的计算
烟气之所以抬升是因为它比周围的空气温度高
并且，从排放口出来时烟气有一个垂直速度
使得他们向上运动
烟气在水平方向扩散过程中与周围空气逐步混合
并被周围空气所冷却
当它们与周围空气温度完全相同时，烟流就不再上升了
由于烟气抬升高度受到烟气出口流速、烟囱内径
烟气与周围大气温差、风速等多个因素影响
通常采用经验公式来计算烟气抬升高度
当大气稳定度为中性时
经常使用霍兰徳公式来计算烟气的抬升高度
这里给出了霍兰德公式的表达式
其中，ΔH是烟气抬升高度；vs表示烟囱出口流速
D表示烟囱出口内径，这两项反映了烟气的初始动量
初始动量越大，烟气抬升越高
u为烟囱出口处的平均风速
反映水平输送对烟气抬升的影响
风速越大，烟气抬升越小
括号内的项反映了烟气温度与周围环境温度差
导致的大气浮力对烟气抬升的影响
这一点也可以用烟气的热释放率来表示
这个公式适用于中性大气条件，其他情况下应进行修正
在大气稳定时，应在计算结果的基础上减小10~20%
在大气不稳定时应增加10%~20%
Holland公式比较保守
特别是在烟囱高、烟气与环境温差比较大时，偏差会比较大
另一个应用较广的公式是Briggs（布里格斯）公式
Briggs公式是用因次分析的方法导出的
它的计算值与实测值比较接近
这里给出了在中性或不稳定层结下
Briggs公式用来确定不同热释放率
和下风向不同距离处的烟气抬升高度计算公式
烟气热释放率大于21000kw时
在下风向距离小于烟囱实际高度的10倍时
烟气抬升高度随距离增大呈幂指数增加
当下风向距离大于超过烟囱高度的10倍后
抬升高度不再随距离而变化，说明烟流就变平了
烟气热释放率小于21000kw时
烟流变平时对应的下风向距离
就受到热释放率、烟囱高度和平均风速的影响
确定了烟气抬升高度之后
下一步我们需要确定水平和垂直方向上的扩散参数
扩散参数是表征湍流扩散剧烈程度的物理量
是影响污染物浓度的重要参数
这里介绍用P-G曲线法来确定扩散参数
1961年，帕斯奎尔提出了一种仅需要常规气象观测资料
就能估算扩散参数的方法
吉福德进一步将它制成更便于应用的图表
因此这种方法叫做P-G曲线法
P-G曲线法的技术路线是
按照云、日照、风速等常规气象资料
将大气分成A、B、C、D、E、F六个稳定度等级
从A到F稳定度逐渐上升
然后根据每个稳定度等级所对应的P-G曲线
确定不同下风向距离处的扩散参数
应用P-G曲线法时，我们首先需要根据距离地面10米处
的风速和太阳辐射等级气象资料确定稳定度的级别
这个表给出了P-G法划分稳定度级别的标准
需要注意的是，这里稳定度级别A～B
表示按照A、B级的数据进行内插
夜间是指日落前1小时到日出后的1小时
夜间前后1小时的稳定度都是D级，即大气为中性
强太阳辐射对应于碧空下太阳高度角大于60度的条件
弱太阳辐射相当于碧空下太阳高度角为15~35度
我们可以看到，白天太阳辐射比较强时
大气较为不稳定；夜间大气倾向于中性和稳定
这种稳定度判别方法对于乡村地区而言比较准确
城市地区由于热岛效应，且地面粗糙度大
大气比乡村不稳定。例如在静风、晴天的夜晚
从这个表格查得乡村的大气稳定度为F
但此时城市大气稳定度可能是D级
这两个P-G曲线图分别给出了不同大气稳定度下
扩散参数随下风向距离的变化
根据某地某时的大气稳定度和下风向距离
就可以查到相应的扩散参数
例如，在强不稳定条件下，在下风向1公里处
水平扩散参数为200米，垂直扩散参数为400米
同样根据大气稳定度和扩散参数
可以反推对应的下风向距离
需要注意的是，P-G 曲线是帕斯奎尔
根据地面面源的实验结果总结的
图中1公里以外的曲线是外推出来的
此外它未考虑地面粗糙度对扩散的影响
因而不适用于城市和山区
确定了扩散参数值后，我们就可以利用高斯扩散模式
计算各种情况下的浓度值
例如，当我们估算地面最大浓度时
首先可以根据有效源高
估算出最大浓度出现距离处的垂直扩散参数σz
再利用σz和x的关系曲线反查出σz对应的下风向距离x
进而在σy和x的关系曲线上查出σy
这样我们就可以利用
上一讲的地面最大浓度公式求出最大浓度
我们在推导地面最大浓度模式时采用了一个假设
就是σy与σz的比值为常数
从两张P-G曲线图可以看出
这个假设不是在所有条件下都成立的
只在C、D稳定度级别时近似成立
因此，利用这种方法计算地面最大浓度
在C、D级稳定度时误差较小，在E、F稳定度时误差较大
我们前面介绍的烟气抬升高度和高斯扩散模式
都是在特定风速、风向和大气稳定度的条件下得到的
因此计算得到的污染物浓度只代表特定气象条件下的浓度
而实际当中，我们不仅关注污染物的短期浓度
还更为关注污染物的长期平均浓度
比如在我国环境空气质量标准中
就规定了二氧化硫、二氧化氮和颗粒物的年均浓度限值
那么如何计算气象条件不断变化
较长时间内的污染物平均浓度呢
这里我们可以采用各种气象条件下污染物浓度的加权平均方法
根据一个地区的气象资料，可以确定风向方位、风速等级
稳定度等级三个事件同时发生的联合频率f
然后再乘以各个联合频率对应的污染物浓度
最后进行求和
这样就可以得到长时间的污染物平均浓度了
关于点源扩散浓度的计算就介绍到这儿
-1-1 大气污染的定义和分类
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-第一章 绪论--1-1 大气污染的定义和分类
-1-2 大气污染物和排放源
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-第一章 绪论--1-2 大气污染物和排放源
-1-3 大气污染的影响
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-第一章 绪论--1-3 大气污染的影响
-1-4 大气污染防治法规及标准体系
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-第一章 绪论--1-4 大气污染防治法规及标准体系
-第一章 绪论--第一章 作业习题
-2-1 燃料的性质与分类
-第二章 燃烧与大气污染--2-1 燃料的性质与分类
-2-2 燃烧过程和计算
--燃烧过程和计算
-第二章 燃烧与大气污染--2-2 燃烧过程和计算
-2-3 硫氧化物的生成
--硫氧化物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--2-3 硫氧化物的生成
-2-4 氮氧化物的生成
--氮氧化物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--2-4 氮氧化物的生成
-2-5 颗粒物的生成
-2-5 颗粒物的生成--作业
-2-6 其他污染物的生成
--其他污染物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--2-6 其他污染物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--第二章 作业习题
-3-1 概述
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-第三章 大气污染气象学--3-1 概述
-3-2 大气的垂直结构
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-第三章 大气污染气象学--3-2 大气的垂直结构
-3-3 大气的热力过程
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-第三章 大气污染气象学--3-3 大气的热力过程
-3-4 大气稳定度与逆温
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-3-4 大气稳定度与逆温--作业
-3-5 大气的运动和风
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-第三章 大气污染气象学--3-5 大气的运动和风
-第三章 大气污染气象学--第三章 作业习题
-4-1 概述
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-1 概述
-4-2 点源扩散的高斯模式
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-2 点源扩散的高斯模式
-4-3 特殊气象和地形条件下的高斯扩散模式（选修）
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-第四章--4-3 特殊气象和地形条件下的高斯扩散模式（选修）
-4-4 点源扩散浓度的估算
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-4 点源扩散浓度的估算
-4-5 线源和面源扩散模式（选修）
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-第四章--4-5 线源和面源扩散模式（选修）
-4-6 空气质量模型的研究进展
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-4-7 区域空气质量模型的应用案例（选修）
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-第四章--4-7 区域空气质量模型的应用案例（选修）
-第四章 大气污染浓度估算模式--第四章 作业习题
-5-1 粒径与粒径分布
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-1 粒径与粒径分布
-5-2 颗粒物的形貌特征
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-2 颗粒物的形貌特征
-5-3 化学组成和光学性质
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-5-3 化学组成和光学性质--作业
-5-4 粉尘的物理性质
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-4 粉尘的物理性质
-5-5 净化装置的性能
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-5 净化装置的性能
-5-6 流体阻力和颗粒的沉降
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-第五章--5-6 流体阻力和颗粒的沉降
-5-7 惯性碰撞、机械拦截和扩散（选修）
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-5-7 惯性碰撞、机械拦截和扩散（选修）--作业
-第五章 颗粒污染物控制技术基础--第5章 作业习题
-6-1 重力沉降室
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-第六章 除尘装置--6-1 重力沉降室
-6-2 旋风除尘器
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-6-2 旋风除尘器--作业
-6-3 电晕放电和粒子荷电（选修）
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-6-3 电晕放电和粒子荷电（选修）--作业
-6-4 荷电颗粒的运动和捕集
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-第六章 除尘装置--6-4 荷电颗粒的运动和捕集
-6-5 电除尘器的结构和设计
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-第六章 除尘装置--6-5 电除尘器的结构和设计
-6-6 袋式除尘器的工作原理
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-6-6 袋式除尘器的工作原理--作业
-6-7 袋式除尘器的压力损失和清灰（选修）
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-第六章--6-7 袋式除尘器的压力损失和清灰（选修）
-6-8 袋式除尘器的设计和应用
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-6-8 袋式除尘器的设计和应用--作业
-6-9 湿式除尘器的工作原理
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-第六章 除尘装置--6-9 湿式除尘器的工作原理
-6-10 文丘里洗涤器（选修）
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-第六章 除尘装置--6-10 文丘里洗涤器（选修）
-6-11 除尘器的选择与发展
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-6-11 除尘器的选择与发展--作业
-第六章 除尘装置--第六章 作业习题
-期中测试--期中测试
-7-1 物理吸收传质计算
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-第七章 --7-1 物理吸收传质计算
-7-2 化学吸收传质计算
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-7-2 化学吸收传质计算--作业
-7-3 吸收设备和工艺
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-7-3 吸收设备和工艺--作业
-7-4 气体吸附原理与速率
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-7-4 气体吸附原理与速率--作业
-7-5 吸附设备与工艺
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-7-5 吸附设备与工艺--作业
-7-6 吸附器的设计计算
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-第七章 --7-6 吸附器的设计计算
-7-7 催化原理
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-7-7 催化原理--作业
-7-8 气固催化反应动力学
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-7-8 气固催化反应动力学--作业
-7-9 气固相催化反应器的设计
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-7-9 气固相催化反应器的设计--作业
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-8-1 概述--作业
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-8-3 流化床燃烧脱硫
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-8-3 流化床燃烧脱硫--作业
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-8-4 高浓度二氧化硫回收--作业
-8-5 石灰石/石灰湿法烟气脱硫技术
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-第八章 --8-5 石灰石/石灰湿法烟气脱硫技术
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-8-6 氧化镁湿法烟气脱硫技术（选修）--作业
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-8-7 海水烟气脱硫技术（选修）--作业
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-8-9 喷雾干燥法烟气脱硫技术（选修）--作业
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-8-10 循环流化床干法烟气脱硫--作业
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-8-11 烟气脱硫技术的综合比较--作业
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-9-7 固定源氮氧化物控制技术评价--作业
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-12-4 臭氧层破坏的应对措施
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-第十二章 全球性大气环境问题--第十二章作业习题
-Lecture 01
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-Conversation
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