Порядок расчёта и пример

Приведем порядок расчета координат траекторий факелов выбросов в сложных аэродинамических условиях, существующих при взаимодействии ветра с производственными зданиями.

Для расчета координат траектории факела необходимо:

установить исходные данные;

вычислить значения параметра в расчетных сечениях потока;

определить размеры и построить на схематическом чертеже границы циркуляционных зон;

определить аэродинамический подъем факела;

вычислить эффективную высоту трубы как сумму геометрической высоты трубы, возвышающейся над границей обратного потока, и аэродинамического подъема факела;

рассчитать приращение координат осевой линии факела, возникающее под влиянием зданий и сооружений, а также вследствие оседания тяжелых примесей;

рассчитать координаты изогнутой оси факела с учетом динамического подъема;

построить осевую линию факела на чертеже и сопоставить с расположением воздухоприёмных сооружений промышленной вентиляции.

В число исходных данных следует включать координаты источников выбросов и воздухоприемных сооружений промышленной вентиляции; характеристики выбросов (загрязняющее вещество, расход выбрасываемого воздуха, температура, плотность, скорость в устье источника); характеристики источников (высота над уровнем крыши, диаметр устья, сосредоточенный или рассредоточенный источник); исходные данные для расчета параметра и размеров циркуляционных зон.

Динамический подъем факела над устьем трубы следует вычислять по формуле (4.6).

Поправку на величину скорости ветра следует вычислять по формуле:

. (4.12).

Расчеты по определению координат траекторий факелов следует выполнять при скорости ветра для летнего периода, принимаемой по данным главы СНиП по климатологии и геофизике.

Скорость невозмущенного застройкой ветра определяют по формуле:

м/с, (4.13).

где, _ обозначение выражения в фигурных скобках формулы (4.12), вычисляемого для высоты z=4 в рассматриваемом сечении потока ветра и для высоты z=10 м на местности у наветренной границы предприятия. Величину расчетной скорости up и расчетную высоту zp следует определять способом пробных вычислений. Предварительно вычисляют расчетное значение динамического подъема по формуле.

(4.14).

где _ динамический подъем факела, рассчитываемый по скорости невозмущенного застройкой ветра, м;

u _ скорость ветра на высоте z=4, м/c.

Затем следует найти неполный динамический подъем как возвышение факела над границей обратного потока циркуляционной зоны из условия? =. Для этого выполняют 3₄ пробных расчета, принимая: разные значения так, чтобы произведение? было бы несколько больше и меньше (здесь. _ произвольно принимаемое значение динамического подъема, м). Поправку вычисляют для высоты zp=0,4. Величину находят путем графической интерполяции, для чего строят график в координатах? ,. На этом графике по значению? = находят динамический подъем =. Далее вычисляют расчетную скорость ветра up на высоте zp =0,4 по формуле up=u? .

Полный динамический подъем факела следует выполнять по формуле (4.6). Следует напомнить, что эффективная высота трубы равна сумме ее геометрической высоты и полного динамического подъема факела. Координаты траектории факела следует вычислять по формуле (4.11).

Проиллюстрируем приведенную методику конкретным приме ром. Источник нулевой высоты с диаметром устья 400 мм установлен в центре крыши узкого здания размерами 5,0?5,0?40,0 м. Здание обтекается ветром в поперечном направлении. Толщина вытеснения пограничного слоя набегающего потока ветра равна 22 м. Скорость выброса v = 16 м/с, скорость невозмущенного ветра u=3,35 м/с.

Прежде всего, определим размеры циркуляционных зон, затем найдем координаты их границ и линий нулевой скорости. Здание является узким. На основании характерных размеров здания: длины l=8H и ширины b=H, с учетом относительной толщины вытеснения /H=0,44 по формулам главы 2 находим длину le единой циркуляционной зоны. Она равна 6,58Н.

Далее определяем толщину вытеснения в сечении, проходящем через источник, необходимую для вычисления скорости ветра на расчетной высоте. По номограмме рис. 2.6 по значению = 0,5/6,58=0,076 находим = 0,0235?6,58?5,0= 0,773 м.

Рассчитываем возвышение факела: =2,2?0,2?16/3,35=2,1 м.

Далее определяем действительное возвышение факела, для чего примем несколько пробных значений с целью построения интерполяционного графика. Примем = 3,0 м. Поправку на скорость на высоте =0,4?3,0 =1,.

2 м при =(1,2+0,773)/ 0,773= 2,552 и =1 вычисляем по формуле (4.12): = 0,711. Произведение? равно 3,0?0,711 = 2,134. Положим = 2,5 м. Поправка равна 0,631;? = 1,58 м. Примем = 4,0 м. Поправка равна.0,852. Произведение? =3,41 м.

Рис. 4.5. Схематический чертеж к примеру расчета и построения осевой линии факела выброса

I _ здание; 2 _ граница обратного потока; 3 _ граница единой зоны; 4 _ рассчитанная траектория факела; 5 _ источник выброса.

На графике рис. 4.4 по значению = 2,1 м находим = 2,995 м. Расчетную скорость ветра uр на высоте zp= 0,4?2,995= 1,198 м вычисляем по соотношению. Поправка, найденная по формуле (4.12) при f =1 и =2,55, соответствует 0,711. Расчетная скорость uр равна 3,35?0,711 = 2,38 м/с.

Рассмотрим искривление оси факела на высоте 3,0 м от линии нулевых скоростей. На высоте осевая линия уже изогнута и вертикальный импульс струи незначителен. Здесь осевая линия начинает следовать направлению воздушного потока, его повышению или понижению под влиянием препятствия.

Для нахождения, координат изогнутой оси факела необходимо вычислить распределение параметра над зданием и за ним, а затем построить границы циркуляционных зон и обратных потоков. Опуская промежуточные расчеты, приведем окончательные значения параметра.

Определим координаты линии нулевой скорости единой зоны. Для этого воспользуемся графиком, приведенным на рис. 2.4,а.

На схематическом чертеже рис. 4.5 наносим контур здания (вид на стену, параллельную направлению ветра). Откладываем длину единой циркуляционной зоны от наветренной стены вдоль направления ветра. Затем координаты точек, лежащих на линиях 1 и 2 рис. 2.4,а, переносим на рис. 4.5. Для. этого проводим вспомогательную линию, соединяющую наветренную кромке крыши с концом циркуляционной зоны (линия ОС на рис. 4.5). Эта линия является осью абсцисс (начало координат в точке О).

При переносе границ с рис. 2.4,а на рис. 4.5 необходимо умножить ординаты на длину le единой зоны, а абсциссы — на. По рис. 4.5 путем измерения определяем ординаты границы обратного потока от уровня земли. Затем вычисляем координаты осевой линии факела в предположении, что динамический подъем отсутствует. Вычисления выполняем для высоты = 30 м: z=30?(30+)/(30 + 7,73) = 0,795 (30 +).

Получены следующие результаты:

Здесь _ превышение ординат осевой линии факела над уровнем = 30 м. Вычисляем ординаты осевой линии факела с учетом только динамического подъема по формуле (здесь x _ координата, отсчитываемая от оси источника). Получены следующие значения координат:

Здесь ордината z отсчитывается от уровня устья трубы. На рис. 4.5 нанесена осевая линия факела, построенная по результатам вычислений.

Рис. 4.6. Номограмма для расчета скорости ветра над и между зданиями на заводской площадке

1 _ f=0 или 1; 2 _ f=0,025 или 0,975; 3 _ f=0,05 или 0,95; 4 _ f=0,1 или 0,9; 5 _ f=0,2 или 0,8; 6 _ f=0,3 или 0,7; 7 _ f_ 0,5.

Таким образом, зная положение оси факела в пространстве над крышей здания, можно рассчитать распределение концентраций в местах расположения воздухоприёмных сооружений, находящихся на крышах зданий. Вычисления расчетных значений скорости ветра можно выполнить по номограмме рис. 4.6.