bài toán về sự khếch tán trong không khí

GVHD: PGS.TS Trương Tích Thiện SVTH: Võ Kiên Truân


29
Luận văn tốt nghiệp
4.1 Bài toán 1:

Tính nồng độ phân bố khí thải tại các vò trí dọc theo hướng gió thổi (trục x). Với
các thông số: chiều cao hình học ống khói (h) 68,58 m; đường kính ống khói (D) 3,81
m; tải lượng phát thải (M) 47.25 g/s; vận tốc gió tham khảo (tại độ cao 10m) 2,5 m/s;
vận tốc thoát ra của khí thải (u_kt) 12,2 m/s; nhiệt độ khí thải (T_kt) 394.3 ; nhiệt độ
môi trường (T_mt) 291.48 ; áp suất khí quyển 1000 mbar.

Ở bài toán này, tôi dùng chương trình Matlab để giải theo phương pháp Gauss –
được trình bày trong chương
Cơ sở tính toán.
4.1.1 Bài toán 1a:
Tính nồng độ phát thải dọc theo hướng gió thổi (x, y=0, z=0)


Biểu đồ 4.1a. Nồng độ phát thải theo phương x (khu vực đô thò)


Biểu đồ 4.1b. Nồng độ phát thải theo phương x (khu vực nông thôn)



GVHD: PGS.TS Trương Tích Thiện SVTH: Võ Kiên Truân

30
Luận văn tốt nghiệp
4.1.2 Bài toán 1b:
Tính nồng độ phát thải tại mặt đất (x,y,z=0)

Cấp
Khu vực đô thò Khu vực nông thôn

A



B


C





GVHD: PGS.TS Trương Tích Thiện SVTH: Võ Kiên Truân


31
Luận văn tốt nghiệp
D

E


F


Biểu đồ 4.2. Nồng độ phát thải tại mặt đất, Đô thò – Nông thôn
Nhận xét:
Nồng độ cực tại trong cả hai trường hợp trên đều nhỏ hơn nồng độ tối đa cho
phép ( - TCVN 5937 – 2005).
Bằng cách vẽ biểu đồ theo công thức Gauss, giúp người kỹ sư có thể có cái nhìn
tổng quát về sự phân bố chất ô nhiễm sau nguồn phát thải (theo hướng gió), vò
trí và giá trò nồng độ đại để có thể đánh giá tác động của nguồn thải đến khu
dân cư lân cận.
Tuy nhiên, phương pháp xác đònh theo mô hình Gauss có hạn chế: phương pháp
lập các đường cong phân bố chất ô nhiễm không thể phục vụ cho việc tính toán
nhanh tại hiện trường.



GVHD: PGS.TS Trương Tích Thiện SVTH: Võ Kiên Truân


32
Luận văn tốt nghiệp
4.2 Bài toán 2: Đánh giá vùng ảnh hưởng của hiện tượng bóng rợp khí động
Như đã trình bày trong chương
Cơ sở tính toán
, hiện tượng bóng rợp khí động xuất

hiện phía trước, trên và sau các công trình xây dựng, tại đây nồng độ chất ô nhiễm
tăng lên khá cao. Đo đó, trong tính toán (nhất là tại các ống khói thấp, nằm gần khu
dân cư) cần phải lưu tâm đến vấn đề này.
Trong phần này, tác giả xem xét các dạng sau:
Hình dạng, kích thước công trình.
Vò trí của điểm phát thải.
Đòa hình đồi núi – thung lũng.

4.2.1 Hình dạng – kích thước công trình:
Trong phần này, ta khảo sát 3 mô hình với kích thước, hình dạng công trình khác
nhau. Các điều kiện biên và môi trường là như nhau: nhiệt độ môi trường (23 ), vận
tốc gió (9 m/s, tại độ cao 10m), kích thước miền khảo sát là 2000m x 500m.
Ba mô hình được khảo sát như sau:


Mô hình 2a

Mô hình 2b



Mô hình 2c





GVHD: PGS.TS Trương Tích Thiện SVTH: Võ Kiên Truân

33
Luận văn tốt nghiệp
Đầu tiên ta khảo sát mô hình tòa nhà đầu rộng (theo hướng gió), kích thước tòa nhà
là 400m x 100m


Hình 4.1a. Mô hình 2a – cụm tòa nhà với tòa nhà đầu rộng

Kết quả biểu thò phân bố của vận tốc gió


Hình 4.1b. Sự phân bố vận tốc theo phương x – Mô hình 2a




GVHD: PGS.TS Trương Tích Thiện SVTH: Võ Kiên Truân


34
Luận văn tốt nghiệp

Hình 4.1c. Vectơ vận tốc theo phương x – Mô hình 2a

Với kích thước tòa nhà đầu (400 x 100 m), và khoảng cách giữa 2 tòa nhà là 500m
thì vùng bóng rợp khí động khá lớn, bao phủ vùng không gian phía trước, phía trên tòa
nhà đầu và giữa hai tòa nhà.

Ta tiến hành giảm kích thước tòa nhà đầu (200 x 100m) để thấy sự khác biệt.

Hình 4.2a. Mô hình 2b – cụm tòa nhà với tòa nhà đầu hẹp






GVHD: PGS.TS Trương Tích Thiện SVTH: Võ Kiên Truân


35
Luận văn tốt nghiệp
Kết quả biểu thò phân bố vận tốc:


Hình 4.2b. Sự phân bố vận tốc theo phương x – Mô hình 2b


Hình 4.2c. Vectơ vận tốc theo phương x – Mô hình 2b

Ta thấy rằng, kích thước vùng bóng rợp khí động giảm đáng kể khi giảm kích thước
tòa đầu (theo chiều gió).




GVHD: PGS.TS Trương Tích Thiện SVTH: Võ Kiên Truân

36
Luận văn tốt nghiệp
Ta tiến hành xem xét thêm trường hợp công trình có dạng hình chóp có chiều cao
100m.

Hình 4.3a. Mô hình 2c – Tòa nhà có dạng hình chóp

Kết quả biểu thò phân bố vận tốc:


Hình 4.3b. Sự phân bố vận tốc theo phương x – Mô hình 2c



GVHD: PGS.TS Trương Tích Thiện SVTH: Võ Kiên Truân


37
Luận văn tốt nghiệp

Hình 4.3c. Vectơ vận tốc theo phương x – Mô hình 2c

Với tòa nhà dạng hình chóp, kích thước vùng bóng rợp khí động là khá nhỏ, nên sẽ
không có ảnh hưởng lớn đến quá trình khuếch tán chất thải.
Vì vậy, kích thước vùng bóng rợp khí động phụ thuộc vào dạng hình học công trình,
kích thước công trình (vật cản) tại mặt đất.

GVHD: PGS.TS Trương Tích Thiện SVTH: Võ Kiên Truân


38
Luận văn tốt nghiệp
4.2.2 Điểm phát thải nằm ngoài vùng bóng rợp khí động:
Để thấy rõ hơn ảnh hưởng của hiện tượng bóng rợp khí động, ta tiến hành so sánh 2
mô hình sau:


Hình 4.4. Mô hình 3a - tòa nhà rộng

Hình 4.5. Mô hình 3b - tòa nhà hẹp

Trong cả 2 mô hình trên, ống khói có chiều cao 2 m (tính từ mặt trên tòa nhà), đường
kính 0,6 m. Nhiệt độ khói thải tại miệng ống khói là 100 , vận tốc khói thải là 5 m/s,
vận tốc gió là 2 m/s (đo tại độ cao 10m), nhiệt độ môi trường là 25 , chất phát thải là
, các thông số đặc tính lưu chất (độ nhớt, khối lượng riêng) lấy tại nhiệt độ 273
(tra cứu trong phần help của phần mềm Ansys).

Kết quả xuất ra là nhiệt độ và khối lượng riêng lấy theo thời gian 5s, 10s, 20s, 30s,
40s tương ứng với từng mô hình.

Bảng 4.1a. Bảng so sánh nhiệt độ, mô hình 3a – 3b

Mô hình 2d Mô hình 2e







GVHD: PGS.TS Trương Tích Thiện SVTH: Võ Kiên Truân


39
Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Trương Tích Thiện SVTH: Võ Kiên Truân


40
Luận văn tốt nghiệp
Bảng 4.1b. Bảng so sánh trọng lượng riêng, mô hình 3a – 3b

Mô hình tòa nhà rộng Mô hình tòa nhà hẹp