Метеорологія та кліматологія

 

 

 

         а_ВП = 0.8 · 15,78 /(1 + 0.004 · 13,8) = 11,96 г/м³ 

             а_ОХ = 0.8 · 11,32/(1 + 0.004 ·8,8) = 8,75 г/м³ ,

 

де  Е_ОХ  – тиск насиченого повітря, охолодженого до температури  t_ОХ, яка приймається за завданням.

 

Різниця величин абсолютної вологості  насиченого та охолодженного повітря  становить

 

Δа =11,96 – 8,75 =3,21 г/м³ .

 

Таким чином, за таких умов в 1м ³ атмосферного повітря сконденсується  3,21 г водяної пари.

 

         2. Конденсація водяної пари відбувається також при змішуванні двох  близьких до стану насичення мас повітря, які мають різну температуру.

  Розрахунок кількості водяної  пари, що сконденсується і видалиться  з   повітря, та  розрахунок  підвищення температури суміші  мас повітря викону-ється в  наступній  послідовності.

 

У першому  наближенні температура  суміші

 

                         t_C1 = ( t₁ + t₂ ) / 2 ,           (3.9)

 

 де  t₁ – температура повітря на рівні    z₃ = 500 м   приймається 

t₁ = t_ВР³ ,^ОС;

       t₂  - температура холодної маси повітря, ^ОС.

 

t₂₌ t₁ – (5-10) °С = 17,5 - 5 = 12,5 ^ОС

t_C1 = (17,5 + 12,5) / 2 = 15 ^ОС

 

Тиск насиченої пари при   t₁ і  t₂ визначається  за додатком 1       

(Е1= 20,0 гПа, Е2=14,5 гПа) а їх середнє значення становить

 

         Е_СР = (Е₁ + Е₂) / 2                   (3.10)     

Е_СР = (20,0 + 14,5) / 2 =17,25 гПа 

 

При температурі суміші  t_C1 і відповідному значенні тиску насиченої пари  Е_С   надлишок водяної пари становить

 

                   ΔЕ = Е_СР  - Е_С         (3.11)

ΔЕ =17,05 – 17,04 = 0,21 гПа

 

 

 

 

Визначається кількість вологи, г, що видаляється з 1кг надлишку насиченого вологого повітря в процесі конденсації (питома вологість):

 

           ΔS = 622· ΔЕ / p .        (3.12)

ΔS = 622 · 0,21/ 1013,3 = 0,13 г/кг 

 

При конденсації водяної пари виділяється  теплота конденсації. Її питома величина, кДж/кг,  визначається як

 

      q_К = 2500 + 1.806 · t_C1 ,       (3.13)

q_К = 2500 +1,806 · 15=2527 кДж/кг

 

Загальна кількість теплоти  конденсації визначається за залежністю

 

      Q_К = q_К · ΔS .                                           (3.14)              Q_К =2527 · 0,13 · 10^-з = 0,33 кДж/кг

 

При цьому підвищується температура  суміші повітря на величину

 

   Δt = Q_К  / c ,                                  (3.15)                                  Δt = 0,33/1.005 = 0,328 °С

 

де c = 1.005 кДж/ (кг ^оС) – питома теплоємність повітря при постійному атмосферному тиску.

 

Остаточно температура повітря, яку  набула суміш у ході конденсато-утворення, визначається як:

 

                  t_С = t_С1 + Δ t .                        (3.16)                t_С =15 + 0,328 = 15,328 °С

 

  Таким чином, при конденсації  водяної пари температура суміші для умов прикладу підвищиться від 15 до 15,328 ^ОС.

 

 

3.4  Визначення рівня конденсації

Рівень  конденсації визначається за формулою, м ,

 

        z_К = 122·( t_а - t )            (3.17)

або    z_К = 22·( 100 - φ )        (3.17а)

 

де t_a - середня температура заданого місяця, ^ОС,

t – температура точки роси, ^ОС, на початковому рівні  z_о знаходиться за додатком 1 при відповідному значенні парціального тиску водяної пари  е

 

 

 

 φ- відносна вологість , %, на рівні z_.

 

z_К = 122·(13,8 – 8,4)=659 м

Температура на рівні конденсації  при адіабатичному підійманні вологого повітря визначається як, ^ОС,

 

                       t_К = t_a - z_К / 100                           (3.18)

t_К =13,8 - 659/ 100=7,21 ^ОС 

 

         Таким чином, рівень  z_К=659 м.  відповідає межі, на якій розпочинає відбуватись конденсаційні процеси і характеризує висоту утворення купчастих хмар над земною поверхнею.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.5 Визначення висоти шару перемішування

 

Усталеність примежевого шару атмосфери  характеризується так званою "висотою  шару перемішування", де на розсіювання  забруднювачів  значною мірою  впливає конвективне та турбулентне  перемішування.

Висота шару перемішування (рівня  конвекції) обумовлюється рівнем, на якому температура насиченої  маси повітря t_нас , що адіабатично підіймається, досягає температури навколишнього атмосферного повітря t_н.п , тобто висота шару перемішування визначається за умови t_нас= t_н.п. Розрахунок рівня конвекції здійснюється у такій послідовності.

 

1. Визначається  вологоадіабатичний  градієнт   γ_В  , величина якого залежить від атмосферного тиску p_zк   на рівні z_К   і    t_К .

 

Для знаходження значення    p_zк  необхідно визначити вертикальний градієнт тиску   G , гПа/100м,

 

G = g· p /R · (273 + t_а),        (3.19)

 

де  g - прискорення вільного падіння, що приймається 9,81 м/с;

      p - барометричний тиск ( 1013.3 гПа);

     R – питома газова постійна вологого повітря, м²/(с²  К), що знаходиться як

                     R = Rс · (1 + 0,608 · s) ,      (3.20)

 

R = 287 ·(1+0,608·6,783) = 1470,6 м²/(с² · К)

G = 9,81·1013.3/1470,6·(273+13,8) = 0,024 гПа/100м

 

де  Rс - питома газова постійна сухого повітря  287 м²/(с²  К).

 

Величина атмосферного тиску на висоті   z_К   визначається як

 

p_zк = p + Δp = p + (-G · z_К ).       (3.21)

 

p_zк = 1013,3 + (-0,024 · 659) = 997,5 гПа

 

Значення вологоадіабатичного  градієнта г_В приймається за додатком 2  відповідно до   одержаних   p_zк = 997,5 гПа  і   t_К = 7,21 ^ОС  → 

γ_В = 0,56 ^ОС/ 100м

Виходячи  з отриманого значення γ_В  , визначається розподіл температури насиченої маси повітря   t_нас  по висоті.

 

 

 

Результати розрахунків зводяться  в таблицю  3.2.

   Таблиця  3.2

Температура повітря, оС	відповідно по висоті , м
	659	1000	1800	1900		2000	2100	2188
Насиченої маси повітря	7,21	5,3	0,82	0,26		-0,3	-0,86	-1,35
Навколишнього повітря	18,3	20	9,6	7,2		4,0	1,15	-1,35

 

Таким чином, одержано, що висота шару перемішування  знаходиться на рівні   z_ш.п = 2188 м.

 

3.6  Побудування графіку  кривої  стану повітря 

Графік (рис.3.1) повинен містити:

1. криву стратифікації для періоду року, що досліджується;
2. криву стану повітря, що адіабатично підіймається;
3. криву стану насиченої маси повітря.

По горизонтальній осі відкладаються  значення температури, ^ОС, а по вертикальній - висота z, м.  На графік наносяться визначені рівень конденсації   z_К  та  висота шару перемішування   z_ш.п . 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                     4.  Аналіз режиму вітрів

 

Для проведення  аналізу режиму вітрів, що характеризує метеорологічні умови заданого району, будується роза вітрів для теплого, холодного періоду року та річна роза вітрів.

По 8 румбам відмічають у процентному відношенні значення повторюваності вітрів у відповідних напрямках, що характерні для теплого (липень) періоду року, для холодного (січень) періоду року та  річні значення.

В місті Лубни у теплий період року найчастіше повторюються вітри із північно-західного напрямку,що складає 25 днів від річного значення повторюваності вітрів. Найрідше в цей період року вітер поширюється із південного, та південно-східного напрямків – по 6 днів.

У холодний період року в Лубнах найчастіше поширюється вітер із західного напрямку – 15 днів, а найрідше  з північного – 9 днів.

За  рік місті найчастіше спостерігаються  вітри із північно-західного напрямку – 16 днів, найрідше – вітри, які поширюються із південного та південно-східного напрямку – 10 днів.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Кліматична характеристика  місцевості

 

Характеристика  кліматичного режиму місцевості складається на основі кліматограми, яка являє собою графічне відображення річного ходу основних метеорологічних елементів у даній місцевості:

1. середня місячна температура повітря, ^ОС;
2. відносна вологість повітря, %;
3. середня місячна швидкість повітря, м/с;
4. середня місячна температура грунту , ^ОС ;
5. місячний максимум опадів, мм ;
6. середня місячна сума опадів, мм;
7. повторюваність туманів, %;

         Для побудування  кліматограми використовуються  дані, прийняті за [1-3].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ΙΙ. АНАЛІЗ  МЕТЕОРОЛОГІЧНИХ УМОВ ЗАБРУДНЕННЯ

                                АТМОСФЕРИ

 

6.  Характеристика об'єкта - джерела забруднення.

 

Метеорологічні умови суттєво  впливають на процеси перенесення  і розсіювання шкідливих речовин  в атмосфері. Для аналізу і  прогнозування цих процесів необхідно  враховувати характеристику джерела  забруднення.

Для машинобудівного підприємства характеристика основних джерел викидів повинна бути представлена:

• висотою джерела викидів над рівнем землі  H = 30 м;
• діаметром устя джерела D = 1,5 м;
• об'ємом газоповітряної суміші V₁ = 40,0 м³/с;
• середньою швидкістю виходу димових газів з устя джерела викиду 

ω_о = роз.

• температурою суміші, що викидається Т_вик = 30^ОС,(характером викидів).

       Маємо холодний викид,так як Твик =30 ^ОС.

• кількістю джерел приблизно з однаковими параметрами викидів 

     N = 3 шт;

• відстанню від підприємства до населеного пункту L = 500 м;

Аналіз рівня забруднення атмосфери  в районі розташування ашинобудівного підприємства та на території населеного пункту проводиться на основі якісної оцінки впливу основних метеорологічних та кліматичних параметрів. Зазначаються також періоди року найбільш несприятливих метеорологічних умов із точки зору їх впливу на підвищення рівня забруднення атмосфери в даному районі.

 

7. Аналіз впливу метеорологічних факторів на рівень забруднення атмосфери.

 

7.1  Аналіз режиму вітрів.

Рівень забруднення  атмосфери в районі розташування джерел викидів промислових домішок і на відстані від них суттєво залежить від швидкості та напрямку вітру.

Для кожного джерела існує деяка "небезпечна" швидкість вітру u_м, при якій спостерігаються максимальні концентрації домішок у приземному шарі атмосфери. Небезпечна швидкість пропорційна параметру vм.

Для холодних викидів швидкість руху домішок дорівнює

vм = 1,3·(ω·D)/H ,

де ω = 4·V/(π·D²·N)

V = 40·3 = 120 м³/с

 

 

 

ω = 4·120/(3,14·1,5²·3) = 22,65 м/с

 

тоді                         vм = 1,3·(22,65·1,5)/30 = 1.47 м/с

Приблизно приймається, що при vм < 2 м/с    uм = vм

                                                при vм > 2 м/с    uм = 2,2 vм              

 

В нашому випадку  vм < 2 м/с , uм = 1,47 м/с, vв = 2,2 м/с

 

ǀuм – vвǀ = ǀ2,2 – 1,47ǀ = 0,73 м/с

 

Так як  ǀuм – vвǀ > 0,5 то реальна швидкість вітру в місті Лубни для данного джерела не є небезпечною, тому вітровий режим не відноситься до НМУ.

 

Безпосереднім фактором, що визначає ступінь забруднення  атмосфери, є напрямок вітру.  Аналіз  повторюваності різних напрямків  вітру у різні періоди року, особливо з боку підприємства-джерела викидів, проводиться з урахуванням відстані між підприємством і житловою забудовою, ураховуючи, максимум  концентрацій шкідливих речовин  створюється на відстані, кратнїй 10-20 висотам труб для низьких джерел викидів (Н_тр.<50 м), і на відстані 20-40 висоти труби для високих джерел (Н_тр>50 м)