Лабораторная работа 2

• Название: Лабораторная работа 2
• Дата: 17.01.2019
• Размер: 177.5 Kb.
• Имя файла: otvety_na_labaratornuyu_rabotu_2.doc
• Тип: Лабораторная работа; #64098

Лабораторная работа №2

Вариант 1

Для исследования выбран участок автотрассы вблизи места жительства длиной 0,6 км. Определено число единиц автотранспорта, проходящего по участку в течение 20 минут.

Таблица 1 Число единиц автотранспорта

Тип автотранспорта	Всего за 20 мин	За 1 ч, Nj	Общий путь за 1 ч Lj, км
Легковые автомобили (бензиновые, дизельные)	311	933	1399,5
Грузовые автомобили	37	111	166,5
Автобусы (бензиновые, дизельные)	31	93	139,5
Газели	34	34	153

Количество выбросов вредных веществ, поступающих от автотранспорта в атмосферу, может быть определено расчетным методом. Исходные данные для расчета количества выбросов:

1. 
   число единиц автотранспорта, проезжающего по выделенному участку автотрассы в единицу времени;
   
2. 
   нормы расхода топлива автотранспортом (средние нормы расхода топлива автотранспортом при движении в условиях города приведены в табл. 2).
   

Таблица 2 Нормы расхода топлива

Тип автотранспорта	Удельный расход топлива Yj (л/км), дизельное топливо	Удельный расход топли- ва Yj (л/км), бензин
Легковые автомобили	0,09 – 0,11	0,11 – 0,13
Автобусы дизельные	0,38 – 0,41	–
Автобусы бензиновые	–	0,41 – 0,44
Грузовые автомобили	0,31 – 0,34	–
Газель	–	0,15 – 0,17

Значения эмпирических коэффициентов К, определяющих выброс вредных веществ от автотранспорта в зависимости от вида горючего, приведены в табл. 3.

Таблица 3 Коэффициенты выброса

Вид топлива	Значение коэффициента К
	Угарный газ	Углеводороды	Диоксид азота
Бензин	0,6	0,1	0,04
Дизельное топливо	0,1	0,03	0,04

Коэффициент К численно равен количеству вредных выбросов соответствующего компонента при сгорании в двигателе автомашины количества топлива, равного удельному расходу (л/км).

Обработка результатов и выводы

Условно рассчитываем количество автомашин за час:

Легковые автомобили: Nj = 311·3 = 933;

Грузовые автомобили: Nj = 37 ·3 = 111;

Автобусы: Nj = 31·3 = 93;

Газель: Nj = 34·3 = 102.

Рассчитываем общий путь автомашин за час Lj, км(0,6 км –длина участка дороги):

Легковые автомобили: Lj = 933·0,6 = 1399,5 (км);

Грузовые автомобили: Lj = 111·0,6 = 166,5 (км);

Автобусы: Lj = 93·0,6 = 139,5 (км);

Газель: Lj = 102·0,6 = 153 (км);
При расчёте количества сжигаемого топлива считаем, что ⅔ легковых автомобилей в качестве топлива используют бензин и ⅓ – дизельное топливо.

Легковые автомобили (ДТ): Qj = 1399,5 · ⅓ · 0,11 = 51,3 (л)

Легковые автомобили (бензин): Qj = 1399,5 · ⅔ · 0,13 = 121,3 (л)

Автобусы (ДТ): Qj = 139,5 · ⅓ · 0,41 = 19,06 (л)

Автобусы (бензин): Qj = 139,5 · ⅔ · 0,44 = 40,9 (л)

Грузовые автомобили: Qj = 166,5 · 0,34 = 56,61 (л)

Газель: Qj = 153 · 0,17 = 26,01 (л)
Таблица 4 Расход топлива

Тип автомобиля	Lj	Qj, л
		Бензин	Дизельное топливо
1.Легковые автомобили дизельные	1399,5		51,3
2. Легковые автомобили бензиновые	1399,5	121,3
3. Автобусы дизельные	139,5		19,06
4. Автобусы бензиновые	139,5	40,9
5. Грузовые автомобили	166,5		56,61
6. Газель	153	26,01
Всего	∑Q,л	188,21	126,97

Рассчитайте объем выделившихся вредных веществ в литрах при нормальных условиях по каждому виду топлива (КQ) и всего, занесите результат в табл. 5.

Таблица 5 Объем выбросов

Вид топлива	∑Q, л	Количество вредных веществ, л
		Угарный газ	Углеводороды	Диоксид азота
Бензин	188,21	112,92	18,82	7,52
Дизельное топливо	126,97	12,69	3,8	5,1
Всего	V, л	125,61	22,62	12,62

Угарный газ (СО):

а) при сгорании бензина: 188,21 · 0,6 = 112,92

б) при сгорании дизельного топлива: 126,97 · 0,1= 12,69

Углеводороды (С6Н6):

а) при сгорании бензина: 188,21 · 0,1 = 18,82

б) при сгорании дизельного топлива: 126,97 · 0,03 = 3,8

Диоксид азота (NО2):

а) при сгорании бензина: 188,21 · 0,04 = 7,52

б) при сгорании дизельного топлива: 126,97 · 0,04 = 5,1

Таблица 6 Результирующая таблица

Вид вредного выброса	Кол-во, л (объем)	Масса, г	Объем воздуха для разбавления, м3	Значение ПДК, мг/м3
Угарный газ	125,61	157	52333	3,0
Углеводороды	22,62	78,7	787000	0,1
Диоксид азота	12,62	25,9	647500	0,04

Расчёт массы выделившихся вредных веществ:

Угарный газ (СО): m = 125,61 · (12 + 16) / 22,4 = 157

Углеводороды (С6Н6): m = 22,62 · (12 · 6 + 6) / 22,4 = 78,7

Диоксид азота (NО2): m = 12,62 · (14 + 16 · 2) / 22,4 = 25,9

Расчёт объёма воздуха, необходимого для разбавления

Угарный газ (СО): V = 157 · 1000 / 3 = 52333

Углеводороды (С6Н6): V = 78,7 · 1000 / 0,1 = 787000

Диоксид азота (NО2): V = 25,9 · 1000 / 0,04 = 647500

Суммарное количество чистого воздуха, необходимое для разбавления выделившихся вредных веществ:

Ʃv = 52333 + 787000 + 647500 = 1486833 м³

Учитывая собственный рост (1,8м), ширину дороги (4·3м + 2·2м = 16 м) и протяжённость исследуемого участка (600м), рассчитываю доступное количество воздуха для разбавления выделившихся вредных веществ:

V = 1,8 · 16 · 600 = 17280 м³

Вывод: вблизи исследуемого участка автомобильной дороги чистого воздуха недостаточно для разбавления вредных веществ, выделяющихся при работе двигателей автомобилей и автобусов. Учитывая близость к автомагистрали жилых и общественных зданий, район можно отнести к экологически вредным.

Вариант 2

Для проведения работы выбираем участок вблизи учебного заведения, имеющий хороший обзор с прилегающей территории. В течение 20 мин определяем число единиц проезжающего автотранспорта, одновременно заполняя табл. 1.

Таблица 1

Интенсивность движения автотранспорта

Тип транспорта	Количество проезжающих автомобилей за 20 мин в одном направлении	Интенсивность движения Nj за 1 ч	Средний эксплуатационный расход топлива G, л/км
Легковые автомобили			0,12
Грузовые автомобили (бензин)			0,33
Автобусы бензиновые			0,37
Дизельные грузовые автомобили			0,34
Автобусы дизельные			0,28
Газель (бензин)			0,16

Количество выбросов вредных веществ, поступающих от автотранспорта в атмосферу, может быть оценено расчетным методом.

Рассчитаем мощность эмиссии q (количество выбросов) СО,

С_хН_х, NО₂, Pb в отработавших газах для каждого из газообразных веществ по формуле

Q = 2,06 · 10^-4 т [∑(G_ik N_ik K_k ) – ∑(G_id N_id K_d)], (г/с·м), (1)

где m – поправочный коэффициент, зависящий от средней cкорости транспортного потока (см. рисунок).

G_ik, G_id – средний эксплуатационный расход топлива для данного типа карбюраторных и дизельных автомобилей соответственно, л/км (см. табл. 1);

N_ik N_id – интенсивность движения каждого выделенного типа карбюраторных и дизельных автомобилей соответственно, авт./ч; К_к, К_д – коэффициенты, принимаемые для данного компонента загрязнения, для карбюраторных и дизельных типов соответственно (табл. 2).



Рис. 1. Зависимость поправочного коэффициента m от средней скорости транспортного потока

Таблица 2

Коэффициенты для компонентов загрязнений карбюраторных и дизельных двигателей

Тип автотранспорта	К для компонентов Ркзагрязнений
	СО	СхНу	NO2	Pb
Легковые автомобили	0,6	0,12	0,06	0,37
Грузовые автомобили	0,6	0,12	0,06	0,17
Автобусы бензиновые	0,6	0,12	0,06	0,17
Дизельные грузовые автомобили	0,14	0,37	0,015	–
Автобусы дизельные	0,6	0,06	0,06	–

Мощность эмиссии свинца в отработавших газах карбюраторных двигателей рассчитывается по формуле

Q_Pb= 2,06 10 ^-7Т_р К_оK_Pb [∑ G_ik N_ik P_k], (г/с·м), (2)

где Т_р – коэффициент, зависящий от скорости транспортного потока; для скорости, равной 80 км/ч, (Т_р = 1);

К_o – коэффициент, учитывающий оседание свинца в системе выпуска отработавших газов (на деталях двигателя), (Kо = 0,8);

K_Pb – коэффициент, учитывающий долю отрабатываемого свинца в виде аэрозолей в общем виде выбросов, (К_Pb = 0,2);

Р_к – содержание добавки свинца в топливе, применяемом в автомобиле данного типа. Для бензина марки АИ-76 Рк = 0,17 г/кг, а для АИ-93 Рк = 0,37 г/кг.

Рассчитываем концентрацию загрязнения атмосферного воздуха различными компонентами в зависимости от расстояния кромки дороги по формуле

С = (0,45g)(δV sin ϕ) + F, мг/м³, (3)

где g – мощность эмиссии различных компонентов загрязнения, рассчитанная ранее; δ – значение стандартного Гауссова рассеяния в вертикальном направлении, зависит от расстояния дороги и уровня радиации (табл. 3); V – скорость ветра, преобладающая в расчетный период месяца, равная 3 м/с; sinϕ – угол, составляющий направление ветра к трассе, 30°; F – фоновая концентрация загрязнений (г/м³).

Таблица 3 Значение стандартного Гауссова рассеяния δ

Приходящая солнечная радиация		Значениеδ при удалении кромки проезжей части, м
	0	10	20	40	60	80	100	150	200	250
Сильная	0,2	2	4	6	8	10	13	19	24	30
Слабая	–	1	2	4	6	8	10	14	18	22

Предельно допустимые концентрации токсичных составляющих отработавших газов в воздухе населенных мест представлены в табл. 4.

Таблица 4

Предельно допустимые концентрации токсичных составляющих отработавших газов

Виды выбросов	Среднесуточный ПДК, мг/м	Класс опасности
Окись углерода	3,0	4
Углеводороды	1,5	3
Оксид азота	0,04	2
Соединение свинца	0,0003	1

По полученным данным в результате расчетов строим графики зависимости концентраций выбрасываемых веществ (мг/м³) от расстояния от проезжей части (м). На них по значениям ПДК для соответствующих выбросов определяем безопасные расстояния от кромки дороги. По результатам работы оцениваем экологическую ситуацию на данном участке дороги и разрабатываем мероприятия по уменьшению количества выбросов и по защите атмосферного воздуха и человека от их воздействия.

Контрольные вопросы

1. 
   Какой бензин называют этилированным?
   
2. 
   От каких факторов в основном зависит количество выбросов в атмосферном воздухе в больших городах?
   
3. 
   Как подразделяют по воздействию на организм человека компоненты отработавших газов?
   
4. 
   Какие вещества составляют основную часть пылевых выбросов от работы автотранспорта?
   
5. 
   Как влияют пылевые выбросы на здоровье человека?
   
6. 
   Каковы пути снижения вредного воздействия выбросов от работы автотранспорта?
   
7. 
   Что такое фотохимический смог? Процесс образования и влияние на человека.
   

3. 
   Какой бензин называют этилированным?
   

Этилированным бензином называют бензин с добавлением антидетонационной присадки тетраэтилсвинец, ее применение позволяет сократить потребление топлива, но загрязняет атмосферу соединениями свинца.

4. 
   От каких факторов в основном зависит количество выбросов в атмосферном воздухе в больших городах?
   

5. 
   Как подразделяют по воздействию на организм человека компоненты отработавших газов?
   

6. 
   Какие вещества составляют основную часть пылевых выбросов от работы автотранспорта?
   

7. 
   Как влияют пылевые выбросы на здоровье человека?
   

8. 
   Каковы пути снижения вредного воздействия выбросов от работы автотранспорта?
   
   1. 
      Отказ от этилированного бензина для исключения выбросов соединений свинца и уменьшения непредельных углеводородов. Переход на газ или неэтилированный бензин (токсичность при этом снижается в 18 – 22 раза), повышение полноты сгорания за счет автоматического управления процессом, специальных систем и регулировок. Это сказывается и на расходе бензина. Уже сегодня в Японии достигнут уровень 2,5 л на 100 км.
      
   2. 
      Замена карбюраторных двигателей, где это возможно, дизельными, дающими менее вредные выбросы.
      
   3. 
      Решение вопросов по созданию электротранспорта, в том числе по величине пробега с одной зарядки и снижению выбросов от аккумуляторных батарей. Перевод общественного транспорта на электрическую тягу там, где нет дефицита энергии (метро, троллейбусы и др.).
      

7. Что такое фотохимический смог? Процесс образования и влияние на человека.

Фотохимический смог – это пелена едких газов и аэрозолей повышенной концентрации (без тумана), возникающая под действием ультрафиолетовой радиации Солнца в воздухе в результате фотохимических реакций, происходящих в атмосфере в присутствии газовых выбросов автомашин и химических предприятий.
Фотохимический смог образуется в результате химического взаимодействия оксидов азота и углеводородов, попадающих в воздух с выхлопными газами автотранспорта, под действием солнечного излучения, которые претерпевают в атмосфере фотохимическое окисление.

Фотохимический смог вызывает головные боли, тошноту, раздражение слизистых оболочек глаз и дыхательных путей, ухудшает состояние при хронических респираторных заболеваниях.