Моделирование и прогнозирование состояния окружающей среды

 

                                      ,                                  (3.6)

где

.                                                          (3.7)

 

Коэффициент n определяется в зависимости от (v_m) по формулам:

 

,                                                           (3.8)

для ≥ 2:             ;

для 0.5≤ < 2:    ;                                                 (3.9)

для < 0.5:         .   

 

Расстояние х_m (хm) от трубы, на котором приземная концентрация вредных веществ при неблагоприятных метеорологических условиях достигает на оси факела выброса (в направлении среднего ветра за рассматриваемый период) максимального значения, определяется по формуле, м:

 

для F >2:   ;                                                                                    

для  F≤2:  ,                                                                                       (3.10)

где d (d) – безразмерная величина, определяется по формулам:

при   ≤ 0.5:  ;                                                              

при   0.5< ≤ 2:  ;                                                 (3.11)

при   >2:          .  

 

Значение опасной скорости ветра (v_op) на уровне 10 м от уровня земли, при которой достигается наибольшее значение приземной концентрации вредных веществ С_M, м / с, находится по формулам:

   

при   ≤0.5:       ;                                                                                         

при   0.5< ≤2:   ;                                                                                                                  (3.12)

при  >2:          . 

 

3.2.2 Расчет рассеивания вредных веществ в охлажденных газах

 

Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества С_M (Cm) (в мг/м³) при выбросе из трубы охлажденных технологических и вентиляционных газов при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии х_m от трубы, определяют по формуле:

 

                                                      (3.13)

 

В формуле (3.13) коэффициент А определяется как в формуле (3.1), коэффициент n определяется в зависимости, приведенной выше; параметр (vm) рассчитывают по формуле:

 

.                                                         (3.14)

 

Значение К (К) определяется по формуле:

 

.                                                   (3.15)

 

Опасная скорость ветра (vop) в охлажденных выбросах, м / с, принимается  равной:

 

при  ≤ 0.5:          ;                                                                                      

при   0.5< ≤ 2:     ;                                                                                                                  (3.16)

при  >2:             .                                                                                                                  

 

Безразмерный коэффициент d (d) приймается равным:

 

при  ≤ 0.5:       ;                                                                                            

при 0.5< ≤ 2:    ;                                                                          (3.17)

при  >2:          .      

 

Полученное по формулам (3.1) и (3.13) значение приземной концентрации вредных веществ должно быть меньше или равно значению максимально разовой предельно допустимой концентрации этих веществ (ПДК) в атмосферном воздухе.

 

С_м ПДК_м.р.      (3.18)

 

2.2.3 Расчет рассеивания вредных веществ по оси факела выброса на различных расстояниях х от источника выброса

 

При опасной скорости ветра vоп приземная концентрация вредных веществ Cx (Cx) в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях х (х) от источника выброса определяется по формуле, мг/м³:

 

                    ,                                                             (3.19)

 

де S₁ (S1) – безразмерный коэффициент, зависящий от соотношения и коэффициента F:                 

                                                                                           

для ≤1:                 ;                                       

для 1< ≤8:        ;                                                        

для >8 і F ≤1.5:                            (3.20)

для >8 і F >1.5:                           

 

Значение приземной концентрации вредных веществ в атмосфере С_y на расстоянии у по перпендикуляру к оси факела выброса, мг/м³, определяется по формуле:

 

,                                                          (3.21)

 

где S₂ - безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от скорости ветра v_оп и отношение   по значению аргумента t_y :

для   v_оп ≤5:  ;                                               

для  v_оп >5:  ;                                                                                     (3.22)

                                     (3.23)

 

3 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА И ПРОГРАММЫ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

 

3.1 Разработка алгоритма

 

Для заданного параметра (температура газа) рассчитаем 5 точек с шагом:

 

   ,    (dТ)                                                 (4.1)

 

где Тk (Тk) - конечное значение температуры газа, °С;

Тn (Тn) - начальное значение температуры газа, °С;

nТ (nТ) - количество шагов.

Для построения каждой i-й  концентрационной изолинии рассчитаем 10 точек. Изменение координаты х задаем с шагом Δx:

 

,    (dх)                                                   (4.2)

 

где x_k (хk) - конечная 10-точка і-изолинии. Ее значение берем как 10 · 10·x_M;

x_n (xn) - начальная 1-точка і-изолинии. Ее значение берем как 0;

n_x (nx) - количество шагов.

Алгоритм расчета приведены  на рис. 4.1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2 Разработка программы с помощью VВА в МS Ехсе1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ

 

По полученным данным строим графики зависимости приземных концентраций вредных веществ вокруг источника выброса (рис. 4.3 и рис.4.4).

Рисунок 4.3. – Зависимость максимальной приземной концентрации вредных веществ от высоты трубы

Рисунок 4.4 – Зависимость значения приземной концентрации вредных веществ от расстояния х до источника выбросов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВЫВОДЫ

 

В курсовом проекте расчеты  велись по методике ОНД-86, которая содержит большой объем формул и рекомендаций, необходимых предприятиям при проектировании различного оборудования для выбросов, соответствующим неблагоприятным  условиям, как для опасной скорости ветра, что автоматически учитывает  динамический и тепловой подъем струй  от источников предприятий.

Для математической модели расчета была разработана блок-схема (алгоритм) расчета. Расчеты велись для пяти температур газа Т_г с помощью программы VBA в МS Ехсе1. По полученным данным построены графики распределения приземных концентраций возле источника выбросов.

Рассмотрено влияние температуры  газа на прогнозирование уровня приземной  концентрации: с увеличением температуры  газа максимальная приземная концентрация С_м уменьшается,  расстояние от оси факела выбросов х_м, на котором достигается С_м равно 600м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Общесоюзный нормативный документ ОНД-86. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий.
2. Тимонин А.С. Инженерно-экологический справочник. Т. 1. – Калуга: Издательство Н. Бочкаревой, 2003. – 917 с.
3. Ковальчук П.І. Моделювання і прогнозування стану навколишнього середовища: Навч. посібник. – К.: Либідь, 2003. – 208 с.
4. Самарский А.А., Михайлов А.П. Математическое моделирование: Идеи. Методы. Примеры. — 2-е изд., испр. — М.: Физматлит, 2001. — 320 с. — ISBN 5-9221-0120-Х.
5. Богобоящий В.В., Курбанов К.Р., Палій П.Б. та ін. Принципи моделювання та прогнозування в екології: Підручник .- Київ: Центр навчальної літератури, 2004.-216 с.
6. Ковалюк Т. В. Основи програмування. – К.: Видавнича група BHV, 2005. – 384 с.
7. Маpчук Г.И. Математическое моделирование в пpоблеме окpужающей сpеды.-М: Наука.1982,320 с.
8. Кафаpов В.В., Глебов М.Б.  Математическое  моделиpование.- М: Высшая школа, 1991.- 400 с.
9. Волков Е.А. Численные методы .М. Наука.1982.- 254с.
10. Боглаев Ю.П. Вычислительная математика и программирование. М: Высшая школа, 1990, 544 с.
11. Голицына О.Л., Попов И.И. Основы алгоритмизации и программирования: учеб. пособие. – 3-е изд., испр. и доп. – М: Форум, 2008. – 432 с.
12. Алиев Т.И. Основы моделирования дискретных систем. – СПб: СПбГУ ИТМО, 2009. – 363 с.
13. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем: Учебник для вузов. – 4-е изд., стер. – М.: Высшая школа, 2005. – 343 с.
14. Программирование в пакетах МS Office: учеб. пособие \ С.В. Назаров, П.П. Мельников, Л.П. Смольников и др.;  под ред. С.Н. Назарова. – М: Финансы и статистика, 2007. – 656 с.
15. Уокенбах, Джон. Диаграммы в Exel.: Пер. с англ. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2003. – 448 с.
16. Гарбер Г.З. Основы программирования на Visual Basic  и  VBA в  Exel 2007. – М: Солон-пресс, 2008. – 192 с.