基于CFD方法的燃煤电厂烟气排放数值模拟

为研究燃煤电厂的烟气扩散,采用计算流体力学（computational fluid dynamics,CFD）方法对燃煤电厂烟气排放中污染物（包含气态污染物和固态颗粒物）的扩散形态进行模拟.燃煤电厂的排烟方式主要有烟塔合一和烟囱两种,根据几何参数建立烟塔合一及烟囱的数值模型,采用纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes equations,N-S equations）求解流场及气态污染物浓度场,采用离散相模型（Discrete Phase Model,DPM）计算固态颗粒污染物运动轨迹.结果表明:对于气态污染物,由于冷却塔下游漩涡的卷吸作用,采用烟塔合一排放的烟气最大浓度和超标范围随环境风速的增加逐渐增大,不利于烟气扩散.但随着环境风速的增加,空气的对流作用逐渐增强,从而加速了烟气的扩散.在漩涡和环境风的综合作用下,烟气的最大浓度和超标范围在环境风速为6 m/s时达到最大值,随后随着环境风速增加而减小.采用烟囱排放的烟气由于漩涡作用很小,因此其最大浓度及超标范围随风速的增加呈递减趋势.得益于烟气在冷却塔内的预扩散,采用烟塔合一排放的烟气最大浓度比采用烟囱排放的烟气最大浓度低将近1个数量级,但这种优势会随着环境风速的增加而减小.对于固态污染物,冷却塔后方的漩涡会加速颗粒物的扩散,因此采用烟塔合一排放的颗粒物的扩散状态远优于采用烟囱排放的颗粒物的扩散状态.      

胶州湾冬季近岸海域大气扩散参数的测定试验

式中C为污染物浓度,Q为源强,u为风速,x为从源点出发到下风方向的水平距离,y、z分别为垂直烟轴的断面上距烟轴中心的水平及垂直距离,σy、σz分别为y方向和z方向上浓度分布的标准差。由于污染物质在随风传输扩散过程中不断稀释,故σy、σz也是随x的增大而不断增大,即σy、σz是x的递增函数。     

对环境空气质量预测中不利气象条件的研究

评价区域内的气象条件是影响大气环境影响预测结果的重要因子.为寻找可能的最大影响,须设置可能发生的不利于污染物传输与扩散的气象条件.分别以城市和郊区的高、中和低架源为例,计算其在各种风速和稳定度组合情况下的最大地面浓度,利用Screen3模式,寻找各类污染源对环境影响最大时的不利气象条件,以及需关注的环境空气敏感点(区).结果表明:小风速和强不稳定度是城市和郊区2类源的不利气象条件;而城市源的不利气象条件还可能出现在小风速和稳定类的情况下. 由于城市高架源影响范围广,评价时更应关注整个评价区域的环境空气敏感点;虽然城市高架源的影响程度比郊区高架源小,但城市低架源的影响程度却大于郊区低架源.      

关于机动车几何嵌入对城市街谷影响的研究

文章基于机动车几何体嵌入建立了城市街谷内空气流动和污染物分布模型,应用FLUENT 6.3进行了数值模拟,将尾气排放模化为速度输入边界条件,探究了不同来流风速下,街谷内流场和污染物分布。结果表明:机动车空间几何模型的构建更为细致地模拟了街谷近地层的空气流动及污染物分布。由于车辆模型的嵌入,街谷近地面污染物浓度不再呈现单调一致的变化规律;当来流风速为0.3 m/s时,在横向车辆之间局部子涡的影响下,污染物浓度呈增大-减小-增大的趋势;当来流风速增至1 m/s时,近地层污染物浓度先增大后减小,道路中部污染物浓度达到最大;随着来流风速的进一步增大,即3 m/s和5 m/s工况下,街谷内的风场环境由来流风占主导,污染物浓度自迎风面至背风面呈宏观上增大,在背风面有小幅衰减,污染物浓度最大值出现在背风侧机动车道。研究可为预测城市街谷近地层内污染物分布提供依据。     

连续烟流中重金属扩散行为的一致性

<正> 重金属是冶炼厂烟尘中的主要污染物。当随烟流扩散时,各种重金属在某一区域的溅落量是否有一定的关系,是环境评价人员关心的问题。当以高斯模型等数学方法预测连续烟流中重金属的落地浓度和落地距离时,重金属是作为扩散质点对待的。其扩散     

街道峡谷内空气流动和污染物扩散研究

通过CFD数值模拟方法研究了街道峡谷中斜屋顶建筑在不同风速、不同开窗率时污染物流动与扩散的规律。模拟结果表明,斜屋顶街道峡谷中的空气涡流主要集中在背风面和迎风面的顶部,迎风面的污染物浓度指数远小于背风面的污染物浓度指数。提高风速和增大开窗率整个峡谷流动旋涡有减小和消失的趋势,街道峡谷中背风面的污染物浓度指数下降明显。开窗和提高风速有利于污染物的移除。     

基于高架点源大气中汞演变规律数值模拟研究

在分析大气中汞来源的基础上,根据前人研究成果建立了大气中汞的累积量模型,对大气中汞的累积量进行预测。通过合理化简修正高架源扩散模型,采用控制变量法研究了风速、有效源高度、大气稳定度和湿度对Hg扩散的影响,并比较大气稳定度对市区和平原郊区的影响差异。此外,综合分析了上述4个因素对汞在大气中扩散的总体影响。研究结果表明:大气中Hg的扩散是随着有效源的距离增长而逐渐降低;有效源高度不同,其浓度最大值所在的位置就不同,高度越小,其扩散程度越剧烈;湿度越大,Hg的浓度随之增大;大气越稳定,Hg的扩散越稳定,但大气稳定度对市区和平原郊区的影响差异不大,且风速不影响其最大浓度值的所在位置;综合考虑影响大气汞扩散的因素时,风速和有效源高度对大气Hg扩散起协同促进作用;湿度则起抑制作用;大气稳定度与其它几个因素间几乎无影响。     

浓度及渗流速度变化时污染物运移过程的求解

基于稳态情形下的解析解,得到污染物浓度及渗流速度随时间变化的非稳态情形下的近似解,并与稳态情形下的计算结果进行验证分析.计算表明,随时间离散间距减小,所得近似解的精确度显著提高.算例分析表明,阻滞因子对污染物吸附量有较大影响,随解吸因子与吸附因子差值的增大,污染物的吸附量逐渐增大.例如,当吸附因子为1.7,解吸因子为1时,污染物吸附量可达到30%.而且,随吸附因子的增大,污染物穿透曲线的峰值减小,而峰值出现时刻也相应滞后.弥散度对吸附量的影响较小,但对污染物的穿透曲线形态有较大影响.随弥散度增大,污染物穿透过程延长,且污染物迁移过程主要受渗流速度影响.     

挥发性化合物的分子结构对水-气界面传质的作用

利用能精确捕获水自由液面的VOF (Volume of fluid,体积百分比)法,建立挥发性化合物在无化学反应条件下的耦合扩散时空模型. 用W*(分子拓扑指数)表征化合物分子结构,将化合物传质系数——Schmid数与W*进行关联,结合亨利常数、Schmidt数与W*的关联式,预测乙醇、苯、己醛与2,2,4-三甲基戊点源泄漏后的质量浓度时空分布,预测结果与试验吻合较好. 烷基苯、醇、醛、烃类化合物的Schmidt数与W*0.25成线性关系. Schmidt数随分子间距减小而增大,烷基苯、醇、醛、烃类化合物在水中的Schmidt数约为空气中的600倍以上. 相同W*的化合物,Schmidt数随分子量增加而增大. 泄漏初期,亨利常数的作用高于Schmidt数,挥发强度随亨利常数的增加而增大,水中乙醇峰值浓度下降的平均速率仅是苯的45.1%;泄漏后期,Schmidt数起主要作用,挥发强度随Schmidt数减少而增大,苯的峰值浓度下降平均速率降低,乙醇峰值浓度下降平均速率比苯高120.0%. 己醛的W*是2,2,4-三甲基戊的16.27倍,但二者的亨利常数和Schmidt数很接近,挥发迁移过程极其相似.      

上游阻挡建筑间距对街谷内空气环境的影响

城市中的大部分街谷都存在上游阻挡建筑.为考察阻挡建筑对街谷内空气环境的影响,通过数值计算方法研究分析了上游阻挡建筑对街谷内空气品质的影响作用,结果表明,在常规建筑间距范围内,街谷湍流强度、平均风速和风速波动范围均随着上游阻挡建筑间距增大而减小,这将导致当上游阻挡建筑与街谷建筑间距从15m增加到60m时,街谷空间污染物平均浓度增大36%,近地空间增大41%.因此,实际设计中街谷上游阻挡建筑与临街建筑间的距离不应过大.     

深街道峡谷内高架桥对污染物传播特性影响的模拟研究

城市化进程导致在城市中出现通风条件较差的深街谷,建设于深街谷内的高架桥会加重周边街谷内空气污染.用计算流体力学模拟方法（CFD）探索在不同环境风速下的深街谷中,高架桥的高度和宽度对街谷内气流组织与污染物扩散的影响.结果表明:高架宽度小于0.8倍街谷宽度时的高架桥不会抑制桥下空间的流动;桥宽增加会改变桥下空间的涡旋结构和涡旋方向,近地面流动方向由之前的从右至左流动变为从左至右流动,因而桥下空间污染分布也发生明显改变;高架桥宽度的增加导致两侧低层住户受到较大影响,对背风面住户的影响更为明显;但高架宽度为0.5倍街谷宽度的高架桥能对迎风面中层住户造成影响;增加高架桥的高度,其下方污染物浓度增加;当高架桥位于街谷冠层时,下部空间的污染物浓度急剧增加;冠层处及涡旋交界面高架桥对两侧住户产生较大影响,而其他高度高架桥对两侧住户影响不大;随着环境风速的增加,高架桥对近地面源污染物扩散的阻碍作用逐渐减弱.研究显示,深街谷中增加高架桥的宽度、高度都会导致街谷内空气质量的恶化,而高架桥会阻碍因环境风速增加对街谷内空气质量的改善.      

跃移层风沙输运数值模拟

利用fluent软件,选用欧拉-欧拉法对跃移层风沙输运进行模拟,分析了粒径、风速对沙粒体积浓度的影响。结果表明:风沙流发育分为增长、回落和稳定3个阶段;风沙流稳定后沙粒体积浓度沿高度按层分布;输运层主要集中于地表30 cm以下;同一粒径沙粒,随着风速的增大,沙粒体积浓度最大值与最大值出现的高度增大;同一种风速下,粒径增大,体积浓度最大值减小,最大值出现的高度则增高。     

非孤立街道峡谷大气流动及污染物扩散特征

实际城市街道皆为非孤立街道,采用数值模拟方法研究了等高与不等高非孤立街道峡谷的大气流动及汽车排放污染物扩散特征.通过与已有的风洞实验结果对比,发现二者较吻合,并且目标街道峡谷上下游建筑物的存在对目标峡谷内部的流场和浓度场有很大的影响.与孤立街道峡谷相比,非孤立街道峡谷中污染物的浓度要远高于孤立街道峡谷中污染物的浓度,而且随着上下游建筑物的增加,使到达目标街道峡谷的风速相对减弱,污染物在峡谷中难以扩散,造成了峡谷内部污染物浓度会随着峡谷数的增加而增大.并且发现不等高峡谷建筑物高度存在一个临界点.      

基于不同配风方式下的四角切圆燃煤锅炉燃烧特性的数值计算研究

利用数值计算方法分析了某火电厂四角切圆燃煤锅炉炉内燃烧特性,重点考察了配风调整对炉内温度场、速度场、组分场、NO_x以及飞灰含碳量的影响规律。结果表明:不同配风方式下,炉内温度场和速度场的分布都比较合理,没有出现贴壁燃烧现象,倒宝塔配风时,炉膛出口CO的浓度和飞灰含碳量相比均等配风和正宝塔配风时要高,而NO_x浓度相比其他两种方式时要低。该研究结果可为四角切圆燃煤锅炉的实际运行提供了一定的参考。     

基于数值模拟的城市街区详细规划通风评估研究

高密度城市建筑会导致城市街区内部风速降低并加剧空气污染,因此对城市详细规划进行通风评估十分必要.由于数值模拟具有经济简便的优势,因此以USSM模式为工具,对城市街区详细规划通风评估方法进行了研究.利用汉堡大学CEDVAL风洞实验数据集对USSM模式的准确性进行了验证,表明USSM模式可以较准确地描述建筑对近地层风场的影响.通过36组敏感性数值试验,研究了建筑密度、排列方式和楼高高低错落对街区通风条件的影响,在此基础上得到了一系列关于通风条件优化的详细规划策略,包括:①对于建筑密度较高的街区,应该依主导风向预留通风道;②相同容积率条件下,分散的建筑布局比集中连片的建筑布局更有利于获得通风条件;③略有错落的建筑布局对于获取更好的通风条件有较大帮助;④较矮的建筑物应布设在上风向,而较高的建筑应布设在下风向.最后,以深圳后海地区详细规划方案为例进行了实际案例评价分析,证明即使街区内的容积率不变,按照一定原则对方案进行调整,仍可在一定程度上改善街区内的通风条件.上述研究结果表明,以数值模式为工具进行城市街区详细规划的通风评估,是提高城市街区通风能力的一种经济简便易行的方法,适合在我国内地各城市推广.     

有限体积法软件在天然气处理厂含硫气体三维扩散模拟中的应用

应用基于流体动力学原理的CFD方法,用有限体积法软件进行了某天然气处理厂脱硫塔泄漏后在复杂三维地形的仿真扩散模拟,计算结果能够较真实地反映气体扩散过程受三维复杂地形和风速的影响情况,为定量风险评价和企业安全生产管理提供技术支撑。     

道路绿化带对街道峡谷内污染物扩散的影响研究

研究了道路绿化带对街道峡谷内流场与机动车尾气扩散的影响特征.假设绿化带树冠为均匀多孔介质,采用压力损失系数表征树冠对空气流动的阻碍作用,建立可用于数值模拟的绿化带多孔介质物理模型.采用稳态k-ε湍流模型结合组分输运方程模拟道路中央有绿化带街道峡谷内的尾气扩散过程,模拟结果与风洞试验数据对比吻合较好.分析发现,有绿化带街道峡谷内存在一个围绕树冠的顺时针旋涡,旋涡中心略偏向右上方,背风面污染物浓度显著增大,较无绿化带的污染物平均浓度增长46.0%.进一步模拟了不同绿化带树冠高度情况下街道峡谷内流场与浓度场,发现随着树冠位置的上升,峡谷内流场旋涡中心逐步上移且偏向迎风建筑物,峡谷内整体气流速度下降,污染物浓度逐步升高,树冠底部高度为8 m时其污染物浓度可达4 m时的2倍多;尤其是当树冠顶部超过屋顶高度时,峡谷内污染物总体浓度增长迅速.     

FGD取消GGH对区域环境的影响研究——以洛河电厂为例

介绍了湿法烟气脱硫系统取消气气换热器的国内外现状,阐述FGD系统设置GGH的负面影响,在对洛河电厂大气污染源监测的基础上,预测FGD系统中取消GGH装置对研究区域大气污染物扩散的影响。结果表明：在静风条件下,FGD系统取消GGH装置大气污染物的扩散对关心点的影响不甚明显;污染源对各关心点日均浓度贡献最大的为上窑镇;不同气候条件下,FGD系统取消GGH装置对研究区域环境空气质量贡献值仅是很小一部分。     

生物降解对土壤气中苯衰减系数及筛选值的影响

以砂质土壤为例,采用Bio-vapor软件计算了生物降解对苯的a_i-s(衰减系数)及筛选值的影响,并对关键影响参数〔c_s(污染源苯质量浓度)、LT(建筑底板与污染源距离)、L_a(好氧土层厚度)和k_w(生物降解系数)〕进行分析. 结果表明:当c_s≥5×105mg/m3时,生物降解对a_i-s基本无贡献;当c_s≤1×104 mg/m3时,生物降解可导致a_i-s降低1~2个数量级,但降幅随c_s和LT的变化不明显;当c_s介于二者之间时,生物降解对a_i-s的作用受LT变化的影响较明显,LT升高1个数量级时,生物降解可导致a_i-s降低2个数量级. 生物降解对a_i-s的作用受L_a影响比较明显,L_a由0.50m增至1.50m时,生物降解可导致a_i-s降低2个数量级. Bio-vapor软件预测的砂质土壤条件下L_a的最大值为0.63m,低于现场普遍测试结果(1.50m),表明该模型预测结果可能过于保守,实际项目中可通过测试土壤气中各组分的纵向分布确定L_a. 当c_s≤5×104 mg/m3时,k_w由0.033h-1增至2.000h-1,生物降解将导致a_i-s降低2个数量级. 因此,同一概念模型下考虑生物降解时土壤气中苯筛选值高于不考虑生物降解时1~2个数量级.      

不同环境条件下海水中苯系物的挥发过程研究

为研究不同环境条件下海水中苯系物的挥发过程,基于吹扫捕集-气相色谱-质谱联用（PT-GC-MS）法,获取了不同模拟实验条件下海水中苯系物的挥发动力学曲线,并分析讨论了温度、风速等条件的变化对海水中苯系物挥发的影响。结果表明:不同温度、特定风速条件下海水中苯系物的挥发动力学曲线可用指数方程拟合,符合一级反应动力学模型。海水中苯系物各组分挥发随时间的变化规律基本相同,室温25℃下挥发速率明显高于4℃时;相同温度时风速提高海水中苯系物挥发速率加快。海水中苯乙烯、甲苯挥发速率稍高,二甲苯相对较低。不同实验条件下海水中苯系物的挥发速率差异明显,其大小顺序表现为室温25℃+特定风速＞室温25℃+静态挥发＞低温4℃+特定风速＞低温4℃+静态挥发。在低温4℃条件下风速对苯系物挥发的贡献程度更加显著。