Bài giảng MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG - Phần 5 ppsx

161
VỆT KHÓI TỨC THỜI VÀVỆT KHÓ
I
TRUNG BÌNH THEO THỜI GIAN
162
DẠNG CỦA VỆT KHÓI PHỤ THUỘ
C
VÀO ĐỘ ĐỊNH CỦA KHÍQUYỂN
163
Nhỏ mộtgiọtmựcđỏ
Thờigiantrôi đi.
Khuếchtánlàgì?
164
Bàitoánmộtchiều
x: Vị trí
C:Nồng độ
C:Nồng độ
x: Vị trí
165
Biuthctoỏnhc
(
)
(
)
xxC
d
=
0,
2
2
x

C
D
t
C
ả
ả
=
ả
ả
(
)
0,
=
Ơ
-
tC
x: V trớ
C:Nng
HmDelta
C:Nng
Hmphõnb
chun
x: V trớ
Phngtrỡnhthay i
(
)
0,
=
Ơ
tC

( )
ữ
ữ
ứ
ử
ỗ
ỗ
ố
ổ
-=
Dt
x
Dt
txC
4
exp
4
1
,
2
p
iukinban u
iukinbiờn
Nghim
166
Bàitập
Hãychứngtỏrằngphươngtrình(4) thựcsựlànghiệmcủa
phươngtrình(1) với điềukiệnban đầu(2) và điềukiện
biên(3). Hãyvẽđồ thị củanghiệmvớicácbướcthờigian
khácnhau.

(
)
(
)
xxC
d
=
0,
2
2
x
C
D
t
C
¶
¶
=
¶
¶
(
)
0,
=
¥
-
tC
Phươngtrìnhthay đổi
(
)

0,
=
¥
tC
( )
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
-=
Dt
x
Dt
txC
4
exp
4
1
,
2
p
Điềukiệnban đầu
Điềukiệnbiên
Nghiệm
167
Khuếchtán

Thờigianchạy.
Khuếchtánxảyralàkếtquả của
chuyển độngngẫunhiên
168
Khuếchtán
Nếuchuyển độngngẫunhiênxảyradướitác độngsựtrao
đổivịtrícủacácphântửdo tínhchấtnhiệt độnghọcthìquá
trìnhnàygọilà khuếchtánphântử(Molecular diffusion).
Nếuchuyển độngngẫunhiêndo sự rốithìquátrìnhnàygọilà
khuếchtánxoáy (eddy diffusion) hay khuếchtánrối(turbulent
diffusion).
Nếuchuyển độngngẫunhiêngâyrado các đườngdòng
chảykhácnhauhay do cácvậntốckhácnhautrongtrường
thìquátrìnhnàygọilàphântán (dispersion).
169
§ Mộtnguồn điểmthuốcnhuộmtrongnướccần
khoảng24 giờ để đạt đượcmộtvòng tròn có đường
kính1 m. Nhưngkhinước chảytrong các điềukiện
rối-nghĩa là số Reynolds lớnhơn2000 -xuấthiện
mộthiệntượng khác: khuếch tánrối.
170
Khuếchtánphântử
Thờigianchạy.
Nướctronglykhôngcóchuyển độngcủachất
lỏng.
Khicógiọtmực, tạivùngtrongphạmvi lớpnhớt
trênbềmặtcủathànhchấtrắn.
171
Khu
ế

ch
t
á
n
r
ố
i
(Turbulent diffusion)
Thờigianchạy.
Nướctronglybịkhuấylên.
Sự phátthảikhóitừmiệng ốngkhói.
172
Phântán(Dispersion)
Sự lantruyềnchấtô nhiễmtrong đất
Sự lantruyềnchấtô nhiễmtrongkênhsông
t: Thờigian
C
Ta đặtmựcđỏ tạithời điểmt=0 vào
trongsông
173
Phântửnướctrongtếbào
174
Cânbằngkhốilượng(khôngcó
dòngchảy, 1 chiều)
•Nhiệt đượctruyềntừnơicónhiệt độ caosang nơico nhiệt độ thấp.
•Tươngtựnhư vậy, khốilượng đượcchuyểntừnơicónồng độ caosang
nơicónồng độ thấp.
•Lượngchuyển đổitỷlệvớigradient nồng độ.
C
x

Chấthòatan sẽ dichuyểntheohướngnày
Gọilà“độ khuếchtán”hay “Hệsố
khuếchtán”
[m /s] tronghệSI
2
x
C
D
Thônglượng
¶
¶
-=
175
Địnhluật1 Fick(1855)
x
C
D
Thônglượng
¶
¶
-=
D –làhệsốkhuếchtánphântử(cóthứ nguyênlà m2/s), thônglượng
–làlượngchấtchảyqua một đơnvịdiệntích, cóthứ nguyênlà
mg/m2.s, thứ nguyêncủadC/dx là mg/m4.
176
x
C
DJ
¶
¶

-=
Lư
ợ
ng
ch
ấ
t
đi
qua
m
ộ
t
đơn
v
ị
di
ệ
n
tíchtrongmộtđơnvịthờigian
177
Địnhluật2 Fick(cóthờigian)
y
D
z
D
Khốilượngvào
Khốilượngra
x
xx
D

+
x
zy
x
C
D DD
¶
¶
-
xx
zy
x
C
D
D+
DD
¶
¶
-
(Khốilượngvào) –(Khốilượngra)
= (Tíchlũy)
zyx
t
C
zy
x
C
Dzy
x
C

D
xxx
DDD
¶
¶
=
÷
ø
ö
ç
è
æ
DD
¶
¶
DD
¶
¶
-
D+
2
2
x
C
D
t
C
¶
¶
=

¶
¶
Chiacho
zyx
D
D
D
cho x tiếntới0
( ) ()
zyxtCttCtzy
x
C
Dzy
x
C
D
xxx
DDD-+=
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
÷
ø
ö
ç

è
æ
DD
¶
¶
DD
¶
¶
-
D+
)(
dd
178
Cânbằngkhốilượng(có dòng
chảy, trườnghợp1 chiều)
x
x
C
DuC
ú
û
ù
ê
ë
é
¶
¶
-
xx
x

C
DuC
D+
ú
û
ù
ê
ë
é
¶
¶
-
x
C(x,t)
x
x+‡™x
A B
u
179
Cácsốhạngtrongphươngtrình
khuếchtánmộtchiều
Đạohàmtheothờigian(sự thay
đổi địaphươngcủanồng độ)
Sựđốilưuhay truyềntải Khuếchtán
(
)
2
2
x
C

D
x
uC
t
C
¶
¶
=
¶
¶
+
¶
¶
180
Cácsốhạngtrongphươngtrình
khuếchtán, trườnghợp3 chiều
C
zyx
D
z
wC
y
vC
x
uC
t
C
÷
÷
ø

ö
ç
ç
è
æ
¶
¶
+
¶
¶
+
¶
¶
=
¶
¶
+
¶
¶
+
¶
¶
+
¶
¶
2
2
2
2
2

2
Đạohàmtheothờigian(sự thay
đổi địaphươngcủanồng độ
Sựđốilưuhay truyềntải Khuếchtán
181
Khuếchtán“rối”
§ Xét2 khốithể tíchchứakhôngkhí đượcphâncáchbởimộtbức
tường(mũitênchỉ chuyển độngrối, quả bóngchỉ cácphântửchấtô
nhiễm)
Cácphântửô nhiễmchuyển động
ngẫunhiêntheosựngẫunhiêncủa
rối
Cácphântửkhíchuyển độngngẫu
nhiênkhikhôngcóô nhiễm
182
Tháobứctườnggiữa
2 khốithể tích
Tốc độ vượtqua tườngcủacácphântửô nhiễmphụ thuộcvàosựchênh
lệchvềnồng độ giữa2 mặt. Tốc độ nàybằngK ∂C/∂x, ởđóhệsốK gọi
làhệsốkhuếchtánrốicóthứ nguyênlàm
2
/sec. Độ lớncủaK phụ
thuộcvào độ lớnchuyển độngrối.
183
Sự thay đổitheohướngx
[
]
[
]
[

]
{
}
23
yz
mm/sμg/mAuC
(
)
dxAuCAuC
yzyz
x¶
¶
+
(
)
( )
VuCdxAuC
yz
xx ¶
¶
-=
¶
¶
-
184
S
ự
thay
đ
ổ

i
theo
hư
ớ
ng
z do
khuếchtánrối
{ }
[
]
[
]
[
]
[
]
12312
zxy
smmμgmmCK
z
A

¶
¶
-
Tốc độ biến đổi khối lượng ra
{ } { }
z
z
d

÷
ø
ö
ç
è
æ
¶
¶
¶
¶
-
¶
¶
- CK
z
ACK
z
A
zxyzxy
{ } { }
VCK
z
CK
z
A
zzxy
÷
ø
ö
ç

è
æ
¶
¶
¶
¶
=
÷
ø
ö
ç
è
æ
¶
¶
¶
¶
z
z
z
d
185
S
ự
thay
đ
ổ
i
theo
hư

ớ
ng
y do
khuếchtánrối
{
}
[
]
[
]
[
]
[
]
12312
yxz
smmμgmmCKA

¶
¶
-
y
Tốc độ biến đổi khối lượng ra
{ } { }
y
yy
d
÷
÷
ø

ö
ç
ç
è
æ
¶
¶
¶
¶
-
¶
¶
- CK
y
ACKA
yxzyxz
{ } { }
VCKCKA
yyxz
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
¶
¶
¶

¶
=
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
¶
¶
¶
¶
yy
y
yy
d