文摘

快速工业发展导致了一些环境污染问题。的一个主要问题是空气污染,影响人类健康和环境。空气污染物的考虑重点污染来源。一个工业工厂是一个重要的原因,释放空气污染物进入大气。的大气扩散模型,因此一个数学模型,用来评估空气质量,可用于描述二氧化硫色散。在这个研究中,数值模拟提出了工业园区附近空气污染测量。空气污染控制策略进行了仿真实现所需的污染物浓度水平。监控安装点检测空气污染浓度数据。空气污染的数值实验包括等不同情况下的正常和控制排放。空气污染物浓度近似采用显式有限差分技术。 The solutions of calculated air pollutant concentration in each controlled and uncontrolled point source at the monitoring points are compared. The air pollutant concentration levels for each monitoring point are controlled to be at or below the national air quality standard near industrial zone index.

1。介绍

如今,空气污染是一个主要的问题在世界上因为工业地区增长迅速。工厂的污染排放到大气中会对人类健康和环境产生影响。本研究的目的是研究空气污染排放控制的问题。近似解是通过大气扩散模型。

在[1),一个大气传输扩散模型与风速剖面和扩散系数被认为研究延迟删除的系统。空气污染物的排放从一条线源与干沉积在地上。分步法是用于计算空气污染物的浓度。在[2),多个源的大气扩散方程和风速和涡流扩散系数进行了研究,推导出解析解对许多边界条件类型。格林函数的概念被用来解决三维解析解在感兴趣的地区。在[3),有限差分方法用于解决运动二维对流方程的点光源。在[4),一个与时间有关的主要和次要的数学模型研究了污染物浓度近似的区域来源。风速度和涡流扩散系数被认为是现实的价值。研究人员解决了这个问题通过使用Crank-Nicolson隐式有限差分技术和逆风差分格式应用于扩散项。在[5),研究人员研究了二氧化硫浓度的三维数学模型域没有障碍。

在[6),研究人员研究了一个三维convection-diffusion-reaction方程硫和氮氧化物。模型解决了通过使用一个高阶精确时域离散化方案松懈和Wendroff技术。城市热岛的稳态二维数学模型是用来描述空气污染的色散与中尺度风速和气象参数(7]。空气污染地区的起源从地面发射源。去除机制被认为是由湿和干燥的口供。空气污染物的浓度被使用Crank-Nicolson近似隐式方法。在[8),质量输运模型被认为是模拟烟雾弥散从一个域和两个点光源与障碍。模型包括三个方程:一个流函数,涡度,对俩散方程。空气污染的结果在二维空间和一维时间的计算,利用有限元法和有限差分法,分别。在[9),二维烟雾扩散模型研究了在两个和三个点光源的情况下域与障碍。在[10),研究人员研究了二氧化硫浓度的空间自回归模型。二氧化硫的评价是评估土地利用回归(LUR)模型。移动监控在汉密尔顿用于收集浓度数据,加拿大安大略省。

在[11),研究了主要污染物的分散在一个二维空气污染模型中尺度风。主要空气污染物是发出一个源和研究者认为去除干沉积等机制,重力沉降和化学反应。运动二维对流模型,并给出了主要和次要污染物在12]。研究人员研究了从区域空气污染物排放源与去除机制通过考虑点源的边界。Crank-Nicolson隐式方法用作有限差分技术(11,12]。大气的设计和应用评价和研究集成模型提出了西班牙(AERIS) (13]。空气中污染物的浓度₂阿,₃,所以₂,在北半球₃排放变化,点反应重要的部门在西班牙被AERIS获得。模型估计的结果利用转移矩阵基于空气质量模拟系统(包)。系统包括天气研究和预测(WRF),稀疏矩阵算子内核排放(烟),和社区多尺度空气质量(CMAQ)模型。在[14),研究人员研究了空气流和分散的污染物在城市街道峡谷。计算流体力学(CFD)模拟采用大涡模拟(LES)。速度对比脉动风边界条件(FWBC)和稳定风边界条件(SWBC)调查。在[15空气质量),研究人员使用三维模型。考虑域包含三个建筑(障碍)分为两个区域:一个工业区和居住区。大气稳定类的修改和风力速度从多个点光源进行了分析。的近似解5,9,15使用分步法]就都解决了。

空气污染排放控制的数值模型问题提出了统一的风速度和不断的扩散系数。在这个研究,大气扩散方程是通过使用有限差分方法来解决。本研究分析了二氧化硫的环境空气质量标准,指的是数量的清洁空气中二氧化硫浓度。

2。控制方程

2.1。大气扩散方程

扩散模型是用来表示空气污染物浓度在工业领域的行为。高斯烟羽的想法是用作控制方程。它是著名的大气扩散方程。我们介绍了运动三维对流方程如下: 在哪里 空气污染物浓度在哪里 和时间(公斤/米³), ,风速组件(m / s)在吗- - - - - -,- - - - - -,分别方向(米/秒), ,扩散系数- - - - - -,- - - - - -,分别为方向(m²/秒),污染率的增长是由于来源(秒吗⁻¹),是污染物的衰减率由于下沉(秒⁻¹)。

在这个研究中,我们只考虑主要污染物二氧化硫浓度。化学公式₂。的假设(1)定义平流、扩散方向是横向平均。假设,我们也可以消除这个词方向。因此,主要的污染物方程可以写成 假设初始条件下冷启动的假设。也就是说, 对所有 和 。边界条件假设 对所有 ,在那里域的长度在吗方向,逆温层的高度,是主要污染物的干沉积速度(米/秒)。二氧化硫可以扩散系数相关的沉积速度这被认为是一个不可逆过程。

在图1空气污染排放控制模型问题。本研究旨在研究色散和色散效应的行为集中在工业区附近。四个监视点将远离源。每个监测点米1,米2,米3,米分别为4。在图2,被认为是域的数值实验。让点源的高度 m。风是稳定的- - -设在。空气污染物的浓度是直接从持续点源排放(烟囱)工业工厂。的空气污染物吸收化学反应在地上。

2.2。无量纲形式方程

从(2),我们的无量纲形式的空气污染。以下是由无量纲变量 , , , , , , ,和 当 。我们让 , , ,是一个固定的时间。因此,无量纲可以重新安排给大气扩散方程 在哪里 , ,是主要污染物的化学交互速度方程。为初始条件的无量纲形式,它是假定 对所有 和 。为无量纲形式的边界,它是假定 对所有 。

3所示。数值方法

主要从固定污染源污染物的预测可以计算来解决空气污染问题在工业领域。在(5),我们得到的浓度在每一个时间从 , ,当是一个时间增量。二氧化硫浓度的解决方案 用 。域是网状的网格间距和在哪里 , , , 。有限差分法是选择适当的设备评估解决方案。方法指的是无量纲模型,我们使用时间中央空间(ftc)计划。在过渡期内,我们使用了区别 平流、扩散项采用中心差分代替空间 分别。公式(5)成为 因此,运动的对流方程的有限差分形式 在哪里 , 。

4所示。空气污染控制的模拟

实验分析了空气污染的行动与二氧化硫排放的数量在一个工业区。我们将模拟三种情况下的空气污染控制局势。第一模拟工业工厂继续发布空气污染物从烟囱排放控制系统。第二和第三个模拟,工厂会排放二氧化硫,这是由国家控制的空气质量指数。

4.1。模拟1:空气污染排放控制系统

在第一个模拟、运动二维对流方程(5)的感兴趣的领域 米²被认为是。风的速度- - -方向是假定和 分别m / s。二氧化硫释放在烟囱的高度 米在坐标(( )。发布的污染物浓度证券交易委员会⁻¹。的扩散系数- - -方向是和米²分别/ s。网格间距是 m和时间间隔为72秒。这解决了模拟ftc (16与初始和边界条件()6)- (9)。空气污染物浓度的数值解时58分1小时36分钟通过数据所示3和4,分别。监控点对齐在200、300、400,在相同的高度,m。比较不同浓度的距离呈现在图5。

4.2。模拟2:空气污染排放控制遵循国家空气质量标准(3×10⁻⁷公斤/米³)

在第二个仿真、运动二维对流方程(5)的感兴趣的领域 米²被认为是。风的速度- - -方向是假定和 分别m / s。二氧化硫释放在烟囱的高度 米的坐标( )。发布的污染物浓度证券交易委员会⁻¹。的扩散系数- - -方向是和米²分别/ s。网格间距是 m和时间间隔为72秒。在这个模拟中,二氧化硫释放遵循美国环境保护署(构成)空气质量标准16), 公斤/米³。如果近似污染物浓度监测点变得高于空气质量标准,然后烟囱将被关闭,等到浓度以下 公斤/米³。如果污染物浓度监测分低于一半的空气质量标准,烟囱将再次被打开。空气污染排放将遵循这些流程。这个例子是解决通过美国联邦贸易委员会(16与初始和边界条件()6)- (9)。空气污染排放控制的结果证明是二氧化硫浓度数据的等值线6和7。空气污染的浓度在不同的距离如图8。

4.3。模拟3:空气污染排放控制的国家空气质量标准后(1.5×10⁻⁷公斤/米³)

在第三仿真、运动二维对流方程(5)的感兴趣的领域 米²被认为是。风的速度- - -方向是假定和 分别m / s。二氧化硫释放在烟囱的高度 米的坐标( )。发布的污染物浓度证券交易委员会⁻¹。的扩散系数- - -方向是和米²分别/ s。网格间距是 m和时间间隔为72秒。在这个模拟中,二氧化硫是按照美国环境保护部发布的空气质量标准, 公斤/米³。如果近似污染物浓度监测点变得高于空气质量标准,然后烟囱将被关闭,等到浓度以下 公斤/米³。如果在所有监测点污染物浓度低于三分之一的空气质量标准,烟囱将再次被打开。空气污染排放将遵循这些流程。这解决了模拟ftc (16与初始和边界条件()6)- (9)。在这个排放控制情况下,空气污染浓度时58分1小时36分钟通过数据所示9和10,分别。所以的浓度₂2小时过去了不同距离时如图11。

从模拟1、2和3的浓度₂在高度 m和距离 米(米在图2)进行比较12。

5。结论

大气扩散模型来描述释放空气污染物浓度的工业厂房。二氧化硫的浓度是由显式近似提出时间集中空间有限差分技术。近似的方法给好协议的解决方案。工业区附近的空气质量标准是由考虑到近似污染物浓度水平监视点。拟议中的空气污染控制的模拟表明,工厂需要关闭他们的烟囱。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究受到了数学的卓越中心,高等教育委员会,泰国。