№4 углер.. Занятие расчет рассеивания окиси углерода от автомобильной магистрали

• Название: Занятие расчет рассеивания окиси углерода от автомобильной магистрали
• Дата: 26.04.2022
• Размер: 330 Kb.
• Имя файла: №4 углер..doc
• Тип: Занятие; #498475

4 ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ
РАСЧЕТ РАССЕИВАНИЯ ОКИСИ УГЛЕРОДА ОТ

АВТОМОБИЛЬНОЙ МАГИСТРАЛИ
4.1 Цель работы
Определение концентрации окиси углерода на некотором расстоянии от дороги при продольном и поперечном ветре.
4.2 Теоретические сведения

Значительную долю в загрязнение атмосферы вносят передвижные источники. Основным нестационарным источником выбросов вредных веществ в атмосферу является автотранспорт.

Движение автомобиля на каждом режиме является самостоятельным источником выбросов, причем движение на установившемся режиме, режиме разгона и торможения является линейным источником, а в режиме холостого хода – точечным.

Основные загрязняющие вещества, выбрасываемые при работе двигателя внутреннего сгорания – оксид углерода, углеводороды, оксиды азота. В связи с тем, что отработавшие газы автомобилей поступают в нижний слой атмосферы, а процесс их рассеивания значительно отличается от процесса рассеивания выбросов высоких стационарных источников, вредные вещества находятся практически в зоне дыхания человека. Поэтому автомобильный транспорт следует к категории наиболее опасных источников загрязнения атмосферного воздуха вблизи автомагистралей.

При движении автомобилей по магистрали за транспортными средствами образуется зона турбулентного перемешивания. При этом турбулентность, которая ведет к выравниванию концентрации вредного вещества во всей зоне механического перемешивания, преобладает над параметрами региональных метеорологических условий (скоростью ветра, турбулентность за счет солнечной радиации и др.). Зона механического перемешивания может быть представлена как туннель, в котором воздух тщательно перемешан и концентрация вредных веществ одинакова во всех точках. Таким образом, автомобильная дорога, как источник загрязнения может быть представлена в виде линейного источника.

При направлении ветра перпендикулярно направлению дороги схема формирования концентрации окиси углерода от автомобильной дороги представлена на рис. 2. Величина концентрации окиси углерода складывается из значения фоновой концентрации, т.е. концентрации, формируемой всеми другими источниками данного вредного вещества в данной местности, и значения концентрации, которая зависит от количества вредного вещества, выделяемого автомобилями и от рассеивающей способности атмосферы.

При максимальной устойчивости атмосферы (отсутствие ветра и солнца, т.е. сильной облачности) величина концентрации будет максимальной (см. верхнюю кривую концентрации на рис.1).

В другом случае, при высокой турбулентности атмосферы ее рассеивающее действие будет значительным и концентрация вредного вещества в приземном слое - низкой (нижняя кривая на рис.1).

Концентрация окиси углерода в любой точке х от дороги может быть рассчитана по формуле:
(1)
где Q - мощность выброса вредного вещества транспортными средствами, г/с;

z - вертикальная дисперсия, значение которой зависит от расстояния от расчетной точки до зоны механического перемешивания;

Z - высота расчетной точки над уровнем земли, м;

Н - эффективная высота выброса над уровнем земли;

u^/ - средняя скорость ветра, м/с;
В случае, когда направление ветра совпадает с направлением прямого участка дороги, алгоритм расчета концентрации окиси углерода следующий. Вся дорога представляет собой площадной вытянутый источник загрязнения. Прямой участок работы разбивается на отдельные сектора со стороной квадрата, равной ширине дороги. Каждая секция является источником выброса окиси углерода. Для того, чтобы произвести расчет концентрации каждая секция заменяется виртуальным (воображаемым) источником загрязнения, так что по мощности загрязнения выброса этот виртуальный источник совершенно эквивалентен квадратной секции, т.е. в результате выброса виртуальным источником, на площадке секции создается концентрация вредного вещества, равная концентрации в зоне механического перемешивания.

Схема рассеивания окиси углерода показана на рис. 2б.

Так концентрация окиси углерода в точке Х₁ на оси трассы при продольном ветре будет складываться из суммы концентраций в этой точке от виртуальных источников У₁, У_2, У₃, У₄, У_5.

Концентрация окиси углерода в любой точке вблизи автомобильной дороги может быть определена по формуле:
(2)

где yi - дисперсия по оси у для каждого из виртуальных источников.

Мощность выброса транспортных средств Q (г/с км) можно определить по формуле:
Q = (7,33+0,026*N)*К₁*К₂*К₃ (3)
где N - приведенная часовая интенсивность автомобилей с карбюраторными двигателями, авт/час;

К₁ - коэффициент, учитывающий влияние состава транспортного потока и его среднетехнической скорости, определяемый по таблице 1;

К₂ - коэффициент, учитывающий влияние продольного уклона дороги.

При

i  10% К₂=1

10%< i  30% К₂=1,02

30%2=1,04

50%2=1,06

К₃ - коэффициент, учитывающий ожидаемое снижение содержания концентрации СО в отработавших газах.

К₃=0,17

Таблица 1 - Влияние скорости транспортного потока на выброс

Для грузовых автомобилей в потоке, %	К1 при скорости транспортного потока, км/час 20 30 40 50 60 70 80
80 70 60 50 40 30 20 10	1,17 1,14 1,12 1,11 1,09 1,08 1,05 1,02	1,11 1,06 1,04 1,04 0,97 0,95 0,91 0,87	1,05 1,00 0,95 0,91 0,86 0,82 0,7 0,72	0,90 0,87 0,83 0,80 0,76 0,73 0,69 0,65	1,02 0,95 0,89 0,84 0,77 0,70 0,62 0,54	1,11 1,04 0,93 0,90 0,78 0,66 0,57 0,46	1,21 1,12 1,03 0,95 0,85 0,75 0,67 0,58

4.3 Порядок выполнения расчета концентрации окиси углерода
Исходными данными для расчета являются :

N - часовая интенсивность движения, авт/час;

W^/ - ширина автомобильной магистрали, м;

Н - высота дороги над уровнем рельефа, м (или глубина выемки);

Х - расстояние от нижней внешней кромки зоны механического перемешивания по перпендикуляру к дороге до расчетной точки;

i - уклон дороги, %.

1. 
   Получить ширину зоны механического перемешивания W.
   

В случае, если ширина разделительной полосы менее или равна 9 метрам:

W=W^/+6

В случае, если ширина разделительной полосы более 9 метров, расчет проводится для разных направлений движения по принципу суперпозиции.

2. 
   Рассчитать мощность выброса по формуле (3).
   

4.3.3 Для случая перпендикулярного ветра, получить отношение:

(4)

и определить концентрацию окиси углерода в зоне смешивания по формулам:

4. 
   Для случая продольного ветра получить отношение
   

(8)
4.3.5 Определить концентрацию окиси углерода в зоне механического перемешивания по формулам:
для сельской местности См₂=13,47* Р₂ (9)

для городской См₂=4,8565* Р₂ (10)
4.3.6 По графику рис. 3. определить коэффициент эффективной высоты источника по сравнению с местностью - К_{н .}
4.3.7 Найти промежуточный фактор умножением концентрации в зоне механического перемешивания на коэффициент К_н (2)

F₁= См₁* К_н

F₂= См₂* К_н (11)
4.3.8 Найти коэффициент удаления (К₁ и К₂) расчетной точки от магистрали, выбрав нужный график на рис. 4-9.

9. 
   Определить концентрацию окиси углерода в расчетной точке по формуле:
   

С= F₁* К₁

С= К₂* F₂ (12)
4.4 Пример расчета
Для сельского проекта автомобильной дороги определить концентрацию окиси углерода в точках, расположенных на расстоянии от дороги - 25, 50, 100, 150 м., при следующих условиях:

-интенсивность движения 1000 авт/час, N;

-доля грузовых автомобилей 60%;

- полоса движения 3,5 м;

- ширина дороги 27,5 метра, W^/=27,5 м;

-средняя скорость движения 60 км/час;

-разделительная полоса 9 метров;

-дорога расположена в выемке глубиной 6 м , Н= -6 м;

-значение фоновой концентрации окиси углерода С=2 мг/м³;

1. 
   Определяем ширину зоны механического перемешивания
   

W=W^/+6=33,5 м

2. 
   Рассчитываем мощность выброса по формуле (3):
   

Q=(7.33+0,026*1000)*0,07*1*0,17=4,759 г/с км.

3. 
   Определяем для поперечного ветра отклонение Р по формуле (4):
   

где 5792,4 – эмпирическое значение.

Концентрация окиси углерода в зоне механического перемешивания определяем по формуле (5):
См₁=428*0,276=1,18

4. 
   Определяем отношение Р₂ для случая с продольным ветром по формуле (8):
   

5. 
   Определяем концентрацию окиси углерода в зоне механического перемешивания по формуле (9):
   

См₂=13,47*0,7898899=10,82 мг/м³

6. 
   По графику рис. 3. определяем коэффициент эффективной высоты источника с местностью:
   

К_н=0,57

7. 
   Находим промежуточный фактор по формулам (2):
   

F₁=1,18*0,57=0,6726

F₂=10,28*0,57=6,1674

8. 
   Находим коэффициент удаления расчетной точки от магистрали по графику (рис. 7) при поперечном ветре и по графику (рис. 9) при продольном ветре.
   

При поперечном ветре:

при х=25 К₁=0,68

при х=50 К₁=0,62

при х=100 К₁=0,53

при х=150 К₁=0,5

При продольном ветре:

при х=25 К₂=0,5

при х=50 К₂= 0,23

при х=100 К₂= 0,08

при х=150 К₂= 0

9. 
   Определяем концентрацию окиси углерода при продольном и поперечном ветре.
   

При поперечном ветре: С'= F₁* К₁

при х=25 С'₁=0,6726*0,68=0,46 мг/м³

при х=50 С'₁=0,6726*0,62=0,42

при х=100 С'₁=0,6726*0,53=0,36

при х=150 С'₁=0,6726*0,5=0,34

При продольном ветре: С= F₂* К₂

при х=25 С'₂=0,5*6,1674=3,08 мг/м³

при х=50 С'₂= 0,23*6,1674=0,71

при х=100 С'₂= 0,08*6,1674=0,49

при х=150 С'₂= 0*6,1674=0

10. 
    Определяем концентрацию окиси углерода при продольном и поперечном ветре с учетом фоновой концентрации
    

При поперечном ветре: С₁= С'₁+С_Ф

при х=25 С₁=0,46 +2=2,46 мг/м³

при х=50 С₁=0,42+2=2,42

при х=100 С₁=0,36+2=2,36

при х=150 С₁=0,34+2=2,34

При продольном ветре: С₂= С'₂+С_Ф

при х=25 С₂=3,08+2=5,08 мг/м³

при х=50 С₂=0,71+2=2,71

при х=100 С₂=0,49+2=2,49

при х=150 С₂=0+2=2,0

4. 
   Исходные данные
   

В соответствии со своим вариантом рассчитать концентрацию окиси углерода в точках, расположенных на расстоянии 10 и 50 м по перпендикуляру к дороге, при следующих условиях:

Таблица 4.5.1 – Варианты заданий

№ п/п	Интенсивность дороги, авт/час	Уклон дороги, %	Скорость потока км/час	Высота над уровнем рельефа	Среда	Доля грузового потока, %	Кол-во полос	Ширина одной полосы, м	Ширина разделительной полосы, м
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25	1000 2000 3000 4000 5000 1000 2000 3000 4000 5000 1000 2000 3000 4000 5000 1000 2000 3000 4000 5000 1000 2000 3000 4000 5000	0 10 30 50 70 0 10 30 50 70 0 10 30 50 70 0 10 30 50 70 0 10 30 50 70	20 30 40 50 60 70 80 20 30 40 50 60 70 80 20 30 40 50 60 70 80 50 60 70 80	0 2 4 6 8 10 12 14 -2 -4 -6 -8 0 2 4 6 8 10 12 14 -2 -4 -6 -8 -10	Город Город Село Село Город Город Город Город Город Город Село Село Город Город Город Город Село Село Село Село Город Город Город Город Город	10 20 80 70 30 40 20 10 50 60 50 70 50 40 20 10 60 70 80 50 10 20 30 40 50	2 4 4 6 6 2 4 4 6 6 2 4 4 6 6 2 4 4 6 6 2 4 4 6 6	2 2,5 3 3,5 4 2 2,5 3 3,5 4 2 2,5 3 3,5 4 2 2,5 3 3,5 4 2 2,5 3 3,5 4	6 7 8 9 6 7 8 9 6 7 8 9 6 7 8 9 6 7 8 9 6 7 8 9 6

Примечание - ПДК окиси углерода - 5 мг/м³; С_ф=2 мг/м³

4. 
   Контрольные вопросы
   

1 Что является основным нестационарным источником выбросов вредных веществ в атмосферу?

2 Каким источником выбросов является движение автомобиля на установившемся режиме, режимах разгона, торможения и холостого хода?

3 Назовите основные загрязняющие вещества, выбрасываемые при работе автомобилей.

4 К какой категории источников загрязнения атмосферы относится автомобильный транспорт?

5 За счет чего происходит выравнивание концентрации вредного вещества во всей зоне механического перемешивания?

6 Как распределяется концентрация вредных веществ в зоне механического перемешивания?

7 В виде какого источника загрязнения может быть представлена автомобильная дорога?

8 Из чего складывается величина концентрации окиси углерода?

9 При каких атмосферных условиях величина концентрации загрязняющего вещества будет максимальной?

10. Как определяется мощность выброса транспортных средств?