Методика і ПЗ для розрахунку небезпечної швидкості вітру (ОНД 86)
МІНІСТЕРСТВО
ОСВІТИ, НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
УКРАЇНИ «КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»
КУРСОВА
РОБОТА
З
ДИСЦИПЛІНИ «ІНФОРМАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ В ЕКОЛОГІЇ»
«МЕТОДИКА
І ПЗ ДЛЯ РОЗРАХУНКУ НЕБЕЗПЕЧНОЇ ШВИДКОСТІ ВІТРУ (ОНД 86)»
Київ
2014
Вступ
Забруднення атмосфери, викиди
енергетики інтенсивно забруднюють атмосферну вологу і опади за рахунок розчину
в них окислів сірки і азоту; поверхню, ґрунти, рослинність ―
за
рахунок випадання на них пилу, забрудненого дощу та снігу; поверхню вод ―
за
рахунок осідання на водні об’єкти шкідливих речовин та змиву їх у річки і
водойми дощовими струмками.
Наслідком такого забруднення земної
поверхні є закислення сільськогосподарських земель та накопичення у ґрунтах важких
металів з вугільного попелу, що пригнічує розвиток лісових біоценозів, знижує
врожайність сільськогосподарських культур і забруднює небезпечними для людини
сполуками продукти харчування. Найбільш небезпечними в цьому відношенні є
вуглин ТЕС, як використовують високо зольне і сірчане вугілля. Тому так важлива
ця курсова робота.
1.
Розрахунок небезпечної швидкості вітру
У методиці ОНД-86 (общесоюзный
нормативный документ) для розрахунків концентрацій шкідливих речовин у
атмосферному повітрі використовуються наступні параметри розрахунку:
- максимальне значення приземної
концентрації, мг/м3;
- відстань від джерела, м;
- маса викидів забруднювача за 1
сек, г/сек; (для розрахунків
приймають середнє за 30 хв)
- висота джерела викидів, м;
- діаметр джерела, м;
- швидкість газоповітряної суміші на
виході джерела, м/с;
- витрати газоповітряної суміші, м
/с;
- температура газоповітряної суміші,
°С;
- температура повітря, °С;
- різниця температур, °С;
- швидкість вітру, м/с.
Значення потужності викиду М
(г/сек) і витрат газоповітряної суміші (м/с) при проектуванні підприємств
визначаються розрахунком в технологічній частині проекту або приймаються
відповідно до нормативів, що діють для даного виробництва (процесу). У
розрахунку приймаються поєднання і , які реально мають місце протягом
року за встановлених (звичайних) умов експлуатації підприємства, при яких
досягається максимальне значення.
Для визначення значення слід
приймати температуру навколишнього атмосферного повітря рівну
середній максимальній температурі зовнішнього повітря найбільш жаркого місяця
року за СанПін 2.01.01-82, а температуру газоповітряної суміші - за
діючими технологічними нормативами для даного підприємства. Для котельних, що
працюють за опалювальним графіком, допускається при розрахунках приймати
значення , рівні
середнім температурам зовнішнього повітря за най холодніший місяць за СанПін
2.01.01-82.
Коефіцієнти розрахунку 
-
температурна стратифікація атмосфери;
для України (50...52° пн.ш.):
А = 180, до 50° пили.: А - 200;
- умови виходу газоповітряної суміші
з джерела;
- вплив рельєфу місцевості (при
перепаді 50 м/1 км = 1);
- безрозмірний коефіцієнт, який
враховує швидкість осадження забруднювача в атмосфері;
а) для газоподібних та
дрібнодисперсних аерозолів (пил, зола), для яких швидкість упорядкованого
осадження практично нульова, = 1;
б) при коефіцієнті
очистки 90 % = 2; при 75
% і менше - =3.
Допоміжні параметри для
розрахунку коефіцієнтів 
знаходять за
формулами:
(1.1)
(1.2)
(1.3)
(1.4)
Розрахунок небезпечної
швидкості вітру 
, при якій
досягається максимальна приземна концентрація (мг/м3)
Розрахунок небезпечної
швидкості вітру починається з розрахунку допоміжних параметрів 
і 
або 
за формулами
(1.1)- (1.3);
а) якщо < 100,
то при 
при 
при 
б) якщо >
100,
то при 
при 
при 
Порядок виконання роботи
. Провести розрахунок
допоміжного параметра за формулою (1.1).
Прийняти 
м/с; 
м; Н = 120,0
м; 
°С (дані
значення відповідають реальним для ССЗ «Енергія»); температуру повітря
навколишнього середовища - (за
варіантом - №1) =40.
. Провести розрахунок
допоміжного параметра 
, якщо < 100,
параметра якщо > 100
(див. формули (1.1)). Прийняти 
(дане значення відповідає реальному
для ССЗ «Енергія»).
. Провести розрахунок
небезпечної швидкості вітру 
за п.2.
. Провести розрахунки за пп.
1 - 3, прийнявши за температуру повітря навколишнього середовища середню
максимальну температуру зовнішнього повітря найбільш жаркого місяця року 25,6
°С.
1.
(1.1)
. 
(1.2)
3. 
, отже:
4. 
(м/с).
(1.3)
. Розрахунок максимального значення
приземної концентрації забруднювача і відстані від точкового джерела
забруднення, на якій вона досягається при небезпечній швидкості вітру
Максимальне значення
приземної концентрації забруднювача
(на висоті 2 м), яке досягається при небезпечній швидкості вітру ,
обчислюється за наступною формулою:
(2.1)
Відстань від
точкового джерела забруднення, на якій досягається максимальна концентрація при
небезпечній швидкості вітру обчислюється за наступною формулою:
(2.2)
Знаходження коефіцієнтів m і n,
які враховують умови виходу газоповітряної суміші з джерела
Коефіцієнт m визначається в
залежності від (1.1)
за наступними формулами:
а) якщо < 100, то
(2.3)
б) якщо >
100, то 
(2.4)
Коефіцієнт n
визначається в залежності від і ((1.1) і (1.2)) за наступними
формулами:
У нашому випадку < 100 і , отже 
;
Коефіцієнти m і n -
числові значення, розмірності не мають за умови, що при знаходженні і або ,
-
використані параметри із заданою розмірністю.
Знаходження коефіцієнта d
Коефіцієнт d визначається в
залежності від і або і ((1.1) -
(1.3)).
Порядок виконання роботи
. Провести розрахунок
коефіцієнта m в залежності від параметра . Значення прийняти
відповідно роботи №1 (Розрахунок небезпечної швидкості вітру).
. Провести розрахунок
допоміжного параметра (1.2).
Прийняти H = 120 м; 
= 205 °С; 
; (за вар. - №1)=40.
3. Провести розрахунок
коефіцієнта n.
4. Провести розрахунок
максимального значення приземної концентрації забруднювача, яке досягається при
небезпечній швидкості вітру за формулою (2.1). Прийняти 
за 1.1
роботи №1; М = 102,2777 г/с. Коефіцієнт температурної стратифікації А =180.
. Провести розрахунок
допоміжного параметра за формулою
(1.4) і коефіцієнта d.
. Провести розрахунок
відстані від
точкового джерела забруднення, на якій досягається максимальна концентрація при
небезпечній швидкості вітру за формулою (2.2).
1. 
. 
. 
. 
5. 
, для
цього знайдемо 
Тепер ми можемо знайти:
Виходячи з отриманого
результату знаходимо:
. 
. Розрахунок максимального значення
приземної концентрації, яка досягається при швидкості вітру, що не дорівнює
небезпечній
Максимальне значення
приземної концентрації 
забруднювача
(на висоті 2 м), яке досягається при 
, обчислюється за наступною
формулою:
, мг/м
(3.1)
Коефіцієнт 
визначається
в залежності від відношення 
за наступними
формулами:
а) при 
б) при 
Порядок виконання роботи
Провести розрахунок
коефіцієнта в
залежності від відношення за п.
3.1.2. Прийняти значення із роботи №
1 (пп. 1.2.1 -1.2.3); =1,5 м/с.
Провести розрахунок
максимального значення приземної концентрації забруднювана, яке досягається при ,за формулою
(3.1). Прийняти значення з роботи №2
(пп. 2.2.1 -2.2.6).
. 
, отже
. 
(мг/м)
. Розрахунок відстані від точкового
джерела забруднення, на якій досягається максимальне значення приземної
концентрації забруднювача при швидкості вітру, що не дорівнює небезпечній
Відстань від джерела 
на якій при
швидкості досягається
максимальна концентрація обчислюється за наступною формулою:
(4.1)
Коефіцієнт 
визначається
в залежності від відношення за наступними формулами:
а) при 
б) при 
в) при 
Порядок виконання роботи
. Провести розрахунок
коефіцієнта в залежності
від відношення за п. 4.1.2
Прийняти значення із роботи
№3 (пп. 3.2.1-3.2.2).
. Провести розрахунок
відстані від джерела , на якій
при швидкості досягається
максимальна концентрація , за
формулою (4.1). Прийняти значення з роботи № 2 (п. 2.2.6).
1. 
. 
(м).
5.
Аналіз статистичних даних сезонних кліматичних особливостей Києва щодо
швидкості вітру
Характеристики літрового режиму
(напрямок та швидкість) належать до метеорологічних чинників, що найбільше
впливають на концентрації забруднюючих домішок в приземному шарі атмосфери. Для
вирішення поставлених завдань були використані дані Центральної геофізичної
обсерваторії Державної гідрометеорологічної служби про вміст в атмосферному
повітрі основних забруднюючих домішок та характеристики І вітру на п'яти постах
спостереження за забрудненням (ПСЗ) за 2011 рік. 1 Нами були обрані пости, що
розташовані в різних частинах міста і характеризуються різним ступенем
забруднення повітря: ПСЗ №1 (вул. Стражеска на перетині з бульваром Івана
Лепсе, Борщагівка); ПСЗ №2 (вул,Довженка, поблизу ст.м. Шулявська); ПСЗ № 3
(вул.Попудренка, неподалік від ст.м. Чернігівська); ПСЗ № 5 (проспект Науки,
37), ПСЗ № 20 (Московська площа).
На основі аналізу цілого ряду робіт
нами було виділено основні механізми впливу вітру на формування рівнів
забруднення атмосферного повітря великих міст. Подальші дослідження
ґрунтувалися на розрахунку повторюваності підвищеного рівня забруднення повітря
при різних швидкостях вітру (для виявлення небезпечної швидкості вітру для
м.Києва) та при різних його напрямках (з метою встановлення напрямку, що
спричинює підвищення концентрацій забруднюючих домішок в повітрі міста). В
якості показника рівня забруднення атмосферного повітря міста, нами був
використаний параметр Q.
Його розрахунки проводилися згідно Методичних вказівок по прогнозуванню
забруднення повітря в містах з урахуванням метеорологічних умов шляхом нормування
строкових спостережень на середню концентрацію домішки за сезон (по кожному
посту спостережень). У випадку, коли отримане значення параметра Q
було більшим одиниці, то це свідчило про підвищений рівень забруднення повітря
в місті, коли Q<1
рівець забруднення знижений.
Вплив напрямку вітру на вміст
домішок в повітрі великих міст найкраще простежується, коли джерела викидів
шкідливих речовин сконцентровані в межах однієї або кількох промисловик зон,
розташованих за містом. В Києві значна частина забруднюючих речовин надходить у
повітря від пересувних джерел, які розосереджені по всьому місту, підприємства
також не утворюють єдиного промислового району тому, очевидно, виявлення
небезпечних напрямків для міста буде непростим завданням. Вплив Напрямку вітру на
забруднення міського повітря визначається не лише розташуванням джерел викидів,
а також рельєфом і місцевою циркуляцією. Варто відзначити, що міські вулиці зі
щільною висотною забудовою являють собою певного роду каньйон, потрапляючи в
який повітря змінює напрямок і починає рухатися вздовж нього. Наявність і
вулиць, каньйонів, водойм та складного рельєфу спричинює зміни швидкості і
напрямку вітру,а також стає причиною у творення місцевих циркуляцій.
Результати досліджень не дали змоги
виявити чітку залежність між швидкістю вітру та концентраціями пилу в
атмосферному повітрі міста. Для ПЗС № 1 найбільша запиленість повітря
спостерігається при штилеві та Швидкостях 1 м/с та 2-3 м/с. Для ПСЗ № 2 висока
повторюваність підвищеного вмісту пилу в повітрі при вітрі зі швидкістю 4-5 м/с
та штилеві, небезпечна швидкість для пилу на посту № 3 становить 2-3 м/с, а для
постів № 5 та № 20 - більше 6 м/с. Відсутність чіткого зв’язку між
концентраціями пилу в повітрі міста та швидкістю вітру, очевидно пов'язана з
різноманітністю джерел надходження даної домішки в атмосферне повітря
(автотранспорт, будівельні майданчики міста, різноманітні галузі
промисловості). Зростання концентрацій двоокису сірки в атмосферному повітрі
міста найчастіше відбувається при підвищених швидкостях вітру. На ПСЗ №5 та ПСЗ
№20 найбільша повторюваність випадків Q>1
характерна для швидкостей вітру понад 6 м/с. На ПСЗ № 5, наприклад, при такій
швидкості вітру майже у 78 % випадків концентрації даної домішки вищі від
середньо сезонних, в той час, як при штилеві лише 36,4 %. На ПСЗ №1 та №2
підвищені концентрації двоокису сірки спостерігаються при швидкості вітру 2 - 3
м/с (повторюваність випадків Q>1
становить 62,6% та 60,2 % відповідно).
Підвищення концентрацій двоокису
сірки при посиленні вітру пояснюється переважним надходженням цієї забруднюючої
домішки від високих джерел забруднення промислових підприємств міста (78%
двоокису сірки надійшло в повітря міста від спалювання різних видів палива
стаціонарними джерелами забруднення).
Підвищені концентрації оксиду
вуглецю формуються в місті в періоди штилю та низьких швидкостей вітру. На ПСЗ
№ 1, № 2, № 3 та № 20 найбільша повторюваність підвищених концентрацій даної
домішки в повітрі спостерігалася при штилеві і становила 44,9 %, 54,2 %, 55,7 %
та 59,1 % - відповідно. З усіх досліджуваних постів, лише на ПСЗ № 5, 88,9 %
випадків з концентраціями оксиду вуглецю вище середньо сезонного спостерігалися
при швидкостях вітру більше 6 м/с. В 2006 р. 96,8 % від усієї емісії оксиду
вуглецю в повітря міста припадало на автотранспорт (низькі холодні джерела),
тому закономірно, що при штилеві забруднюючі домішки не виносилися з приземного
шару повітря і відбувалося формування підвищених рівнів забруднення даною
домішкою. Висока повторюваність випадків Q>1
на ПСЗ № 5 при швидкості вітру понад 6 м/с, може бути пов'язана з тим, що даний
пост розташований у зеленій зоні, на певній відстані від дороги, тому для нього
можуть бути не властиві закономірності, що проявляються для інших частин міста.
На ПСЗ №1 та №3 найбільша повторюваність випадків підвищених концентрацій
двоокису азоту була зафіксована при швидкостях вітру 2-3 м/с, на ПСЗ № 2 - при
штилеві та швидкості \ м/с, на ПСЗ № 5 - при 4-5 м/с, на ПСЗ № 20 - при
швидкостях вище 6 м/с. Таким чином, для двоокису азоту нам не вдалося виявити
швидкість вітру, що спряла б підвищеним рівням забруднення атмосферного повітря
міста даною домішкою. Надходження даної домішки в атмосферу міста, пов'язано як
з автомобільним транспортом (57 %), так і з роботою промислових підприємств (43
%). Велика різноманітність джерел надходження двоокису азоту, очевидно, і є
причиною неможливості встановлення чітких зв'язків між повторюваністю випадків
підвищених концентрацій даної домішки та певними швидкостями вітру.
атмосфера вітер
забруднення
Висновок
На основі проведених досліджень в
курсовій роботі, було розрахована небезпечна швидкість вітру, що значно впливає
на розповсюдження забруднюючої речовини в напрямку від об’єкту забруднювача.
Методика розрахунку необхідна до
використання для оцінки можливого негативного впливу на навколишнє середовище у
разі виникнення непередбачуваної аварійної ситуації на виробництві. Для цього
досліджують статистичні дані характеристик швидкості та напрямлення вітру в
даному регіон. Враховують швидкість викидів з труби заводу, діаметр та довжину
труби, та масу викидів що спричиняє забруднення. Я молодець.
Забруднення атмосфери, викиди
енергетики інтенсивно забруднюють атмосферну вологу і опади за рахунок розчину
в них окислів сірки і азоту; поверхню, ґрунти, рослинність ―
за
рахунок випадання на них пилу, забрудненого дощу та снігу; поверхню вод ―
за
рахунок осідання на водні об’єкти шкідливих речовин та змиву їх у річки і
водойми дощовими струмками.
Наслідком такого забруднення земної
поверхні є закислення сільськогосподарських земель та накопичення у ґрунтах
важких металів з вугільного попелу, що пригнічує розвиток лісових біоценозів,
знижує врожайність сільськогосподарських культур і забруднює небезпечними для
людини сполуками продукти харчування. Найбільш небезпечними в цьому відношенні
є вуглин ТЕС, як використовують високо зольне і сірчане вугілля.
Перелік посилань
1. «Методичні вказівки до
виконання практичних робіт для студентів спеціальності 7.05100304». ―
Порєв
В. А. 6-46 с.
. Конспекти одногрупників.
Додаток 1
Код програми
program
Shv_v_Tuguchov;
var
A,M,F,x,n,y,H,Cm,V,T:real;
var
D,t1,t2,W:integer;
var
G:real;
begin
writeln('input
A');
readln(A);
writeln('input
M');
readln(M);
writeln('input
F');
readln(F);
writeln('input
x');
readln(x);
writeln('input
n');
readln(n);
writeln('input
y');
readln(y);
writeln('input
H');
readln(H);
writeln('input
W');
readln(W);
writeln('input
D');
readln(D);
V:=(3.14*((D*D)/4))*W;
writeln('V=',V);
writeln('input
t1');
readln(t1);
writeln('input
t2');
readln(t2);
T:=t1-t2;
writeln('T=',T);
G:=exp(ln(V*T)/3);
Cm:=(A*M*F*x*n*y)/(sqr(H)*G);
writeln('Cm=',Cm);
readln;
end.