شبیه سازی عددی پخش وصعود دود وتوزیع غلظت ماده آلاینده درخروجی دودکش

دسته: مکانیک
بازدید: 48 بار
فرمت فایل: doc
حجم فایل: 4907 کیلوبایت
تعداد صفحات فایل: 65

باتوجه به توسعه ی روز افزون واحدهای صنعتی و رشد شهر نشینی ،جو كره ی زمین مورد هجوم انواع آلاینده ها قرار گرفته است از آنجایی كه استنشاق این آلاینده ها و یا حتی جذب آنها در خاك و آبسبب ایجاد خسارات جبران ناپذیری به محیط زیست می شودمدلسازی و بررسی چگونگی توزیع این آلاینده ها در محیط بر حسب شرایط جوی ناهمواری های سطح و نوع پوشش سطح زمین در نحوه ی ت

قیمت فایل فقط 5,900 تومان

 شبیه سازی عددی پخش وصعود دود وتوزیع غلظت ماده آلاینده درخروجی دودکش

فهرست مطالب

عنوان صفحه

چکیده  ............................................................................................................................................................................. 1

فصل اول: مقدمه

1-1-  مروری بر کارهای انجام شده ................................................................................................................................... 3

1-2-  کار حاضر................................................................................................................................................................ 7

فصل دوم: هواشناسی

2-1- پخش متلاطم  ......................................................................................................................................................... 8

2-2- گلباد ..................................................................................................................................................................... 11

2-3- اثرات عوارض سطح زمین..................................................................................................................................... 12

2-4- جریان های جدا شده  ........................................................................................................................................... 13

2-5- دما در جو  ............................................................................................................................................................ 16

2-6- وارونگی دما.......................................................................................................................................................... 20

فصل سوم : انتشار ستون دود

3-1- مدل گوس............................................................................................................................................................. 23

3-2- ضرایب پخش........................................................................................................................................................ 27

3-3- محدودیت های مدل گوس.................................................................................................................................... 29

فصل چهارم: صعود ستون دود

4-1- منابع نیروی جنبشی  .............................................................................................................................................. 32

4-2- ستون های دود شناور............................................................................................................................................. 33

4-3- شرایط پایدار یانزدیک به خنثی ...................................................................................................................    36

4-4- شرایط ناپایدار و خنثی........................................................................................................................................ 38

4-5- حالت پایدار باشرایط آرام................................................................................................................................... 39

فصل پنجم: جزئیات حل

5-1- هندسه ی دامنه حل  ............................................................................................................................................... 41

5-2-شرایط اولیه ومرزی.............................................................................................................................................. 42

5-3- شبکه بندی دامنه حل............................................................................................................................................... 44

5-4- روش ها وتکنیک های CFD به کاربرده شده....................................................................................................... 45

فصل ششم: نتایج

6-1- بررسی دو بعدی پخش و صعود ستون دود یک دودکش....................................................................................... 48

6-2- بررسی پخش دود درحالت سه دودکش کنار هم...................................................................................................... 50

6-3- بررسی حالت وجود مانع بعد از دودکش.................................................................................................................. 53

6-4- بررسی حالت وجود مانع در جلوی دودکش............................................................................................................. 56

فصل هفتم: جمع بندی و پیشنهادات

7-1- جمع بندی کلی  ...................................................................................................................................................... 60

7-2- پیشنهادات  ............................................................................................................................................................. 61

مراجع  ................................................................................................................................................................................62

چكیده

باتوجه به رشد رو به افزایش واحد های صنعتی در كشور های در حال توسعه و آلاینده های ایجاد شده توسط این واحدها، امروزه مدل سازی نحوه ی توزیع و پخش آلاینده های جوی به خصوص در مناطق شهری یك ضرورت اجتناب ناپذیر می­باشد. مدل سازی پخش آلاینده های جوی روشی برای تخمین میزان تمركز و غلظت آلاینده هادر فواصل مختلف نسبت به منبع انتشار است.بدون اجرای صحیح و مناسب این برنامه ها،اقدامات مدیریتی تنها به اقدامات پس از وقوع حوادث محدود شده و در این صورت اقدامات انجام شده با هزینه های زمانی و مالی بیشتر همراه خواهد بود .

در این پروژه به مطالعه­ عددی پخش و صعود ستون دود و توزیع غلظت ماده آلاینده در سطح زمین در حالت دو بعدی و غیر دائم پرداخته شده است. هم­چنین اثر سه دودکش کنارهم واثر وجود مانع درجلو وپشت دودکش برتوزیع غلظت ماده آلاینده بررسی شده است. دو نوع ماده آلاینده  NO و CO به عنوان گاز خروجی از دودکش  به طور جداگانه درنظر گرفته شده است .

درحالتی که جلوی دودکش مانعی قرار داشت پخش گاز آلاینده در فضای بعد از دودکش بیشتر بود و میزان ماکزیمم غلظت آلاینده ها روی سطح زمین کمتر بود. وجود سه دودکش کنارهم تاثیری بر فاصله ای که ماکزیمم غلظت آلاینده ها رخ می داد نداشت ولی در حالتی که مانع جلوی دودکش قرار داشت این فاصله تقریبا 1000 متر نزدیکتر به دودکش بود. در ساختمان مرتفعی که پس از دودکش قرار داشت میزان غلظت آلاینده ها  در دیواره ی سمت چپ ساختمان بیشتر از دیواره ی سمت راست بود. در حالت های سه دودکش کنار هم و وجود مانع بعد از دودکش،  نوع ماده آلاینده  بر فاصله ای که ماکزیمم غلظت آلاینده اتفاق می افتد تاثیر گذار بود.

فصل اول

مقدمه

باتوجه به توسعه ی روز افزون واحدهای صنعتی و رشد شهر نشینی ،جو كره ی زمین مورد هجوم انواع آلاینده ها قرار گرفته است . از آنجایی كه استنشاق این آلاینده ها و یا حتی جذب آنها در خاك و آب,سبب ایجاد خسارات جبران ناپذیری به محیط زیست می شود,مدلسازی و بررسی چگونگی توزیع این آلاینده ها در محیط بر حسب شرایط جوی , ناهمواری های سطح و نوع پوشش سطح زمین در نحوه ی توزیع آلاینده ها نقش اساسی دارند. بدیهی است كه در چنین شرایطی باید یكی از دغدغه های اصلی صنایع اثرات ان بر محیط زیست و تاثیر آن در روند توسعه پایدار باشد [31]. آلودگی هوا توسط دودكش های كارخانجات از مهمترین آلاینده ها به حساب می ایند . مطالعات زیادی برای اندازه گیری و بررسی چگونگی پخش و توزیع این آلاینده ها در هوا انجام شده است . مدل سازی پخش آلاینده ها كمك می كند تا بررسی اثر تغییر پارامترهای مختلف برتولیید و نشر آلاینده ها بتوان تمهیداتی را برای كنترل بهینه آلودگی در نظر گرفت [30].

استانداردها ومدل های متعددی جهت بررسی نحوه ی توزیع آلاینده ها در جو وجود دارند, كه روش مناسب باتوجه به الاینده , شرایط آب و هوایی و محیط انتشار انتخاب می شود.برخی مؤسسات معتبر اقدام به ایجاد استانداردهایی جهت  پیش بینی غلظت آلاینده ها در جو نموده انمد . تفاوت استانداردهای مختلف در تخمین غلظت آلاینده ها ، در دقت مدل ،محاسبات بكار گرفته شده در مدل برای بررسی پدیده های مختلف انتشارو موارد به كار گیری مدل می باشد . به كارگیری این مدل ها سطح آمادگی مدیران و متولیان را برای كنترل آلاینده های جوی افزایش می دهد .

منابع آلوده کننده هوا به چهار گروه تقسیم می­شوند: وسائط نقلیه موتوری، صنایع و کارخانجات، منابع گرمایش خانگی و تجاری و منابع متفرقه مانند سوزاندن زباله و غیره. از جمله منابع آلوده­کننده هوا دودکش­ها هستند که در این پروژه روند آلوده­شدن هوا توسط دودکش­ها را بررسی می­کنیم. مواد خروجی از دودکش­ها حاصل فعالیت­های احتراقی در کوره ها هستند. کوره فضای محدودی است که در آن با سوزاندن سوخت ، حرارت تولید می­شود. در صورت نسبت هوا به سوخت بسیار زیاد و یا بسیار کم، دمای خیلی پایین، کم بودن زمان احتراق ، احتراق ممکن است ناقص انجام شده، در نتیجه مواد خروجی ثانوی از طریق دودکش آلایندگی بیشتری دارند[32] .

1-1- مروری بر مطالعات انجام شده

کوچی و همکاران [1] به مدلسازی عددی بخار خروجی از برج خنک­کن پرداختند. تاثیر تغییر فاز بخار به مایع و شناوری را روی رفتار ستون بخار بررسی­کردند. هم­چنین اثر سرعت باد، دمای محیط و رطوبت نسبی روی نحوه­ی پخش ستون بخار را نیز بررسی کردند. نتایج حاصل از مدلسازی عددی تطابق خوبی را با نتایج تجربی نشان دادند.

کونیگ و مختارزاده [2] خروج ستون دود شناور از یک دودکش چند خروجی در لایه مرزی اتمسفری را بررسی کردند. اساس این بررسی حل معادلات ممنتوم و انرژی بود. برای شبکه­بندی دامنه­ی حل از نرم افزار   cfx-4 استفاده کردند. دمای ستون دود 100درجه سانتیگراد بیشتر از دمای محیط در نظر گرفته شد. مدل توربولانسی مورد استفاده  بود. نتایج دودکش چند خروجی با نتایج دودکش تک خروجی تحت شرایط خروجی یکسان برای دبی، ممنتوم و درجه حرارت مقایسه گردید. تفاوتهای بارزی در میدانهای سرعت و دما در مرحله ی اول مشاهده گردید. اثر تغییر دمای هوای اتمسفر با ارتفاع در این مقاله بررسی نشد.

براون و فلچر [3] به بررسی پخش دود ناشی از دودکش های یک پالایشگاه پرداختند. برای شبکه­بندی دامنه­ی حل از نرم افزارهای  cfx-4و cfx-5 استفاده کردند. اثرات شناوری در نظر گرفته نشد. برای نواحی دارای گرادیان بالا از grid adaption  و برای سرعت هوای ورودی به دامنه حل از پروفیل لگاریتمی استاندارد استفاده شده است. مدل توربولانسی مورد استفاده  بود. اثر تغییر دمای اتمسفر با ارتفاع در این مقاله بررسی نشد. اثر تقطیر روی صعود دود بررسی شد.

بورنوت و همکاران [4] به مطالعه تجربی پخش ستون دود خروجی از دودکش پرداختند. از یک پروفیل دمایی یکنواخت استفاده کردند. آنها اختلاف دمای بین ستون دود و هوا را ناچیز در نظر گرفتند و به بررسی اثر ارتفاع، قطر دودکش و نسبت سرعت ستون دود خروجی از دودکش به سرعت باد روی پخش ستون دود پرداختند. بورنوت و همکاران نشان دادند که هر چه ارتفاع دودکش بیشتر بود یا نسبت سرعت ستون دود خروجی از دودکش به سرعت باد بیشتر بود، غلظت آلودگی در سطح زمین کمتر بدست آمد.

محجوب و همکاران [5] به آنالیز پخش مواد آلاینده خروجی از یک دودکش به­صورت عددی و تجربی پرداختند. از مدل توربولانسی RSM استفاده کردند. بر اساس خطوط جریان، بردارهای سرعت و شکل ستون دود،  4 ساختار جریان در نواحی مختلف دامنه حل مشخص کردند: پایین­دست، باد عرضی حاکم، گذار و جریان ستون دود حاکم. آنها از نسبت سرعت ستون دود خروجی از دودکش به سرعت باد به­عنوان عامل تشابه استفاده کردند و نشان دادند که این نسبت فاکتور عمده­ی تعیین­کننده­ی شکل ستون دود می­باشد.

حسن و جیموه [6] به مدلسازی پخش آلاینده­ها در یک منطقه صنعتی کشور نیجریه پرداختند و یک رابطه برای پیش­بینی پخش آلاینده­های هوا به­دست آوردند. در این رابطه حرکت ستون آلاینده­ها سه­بعدی در نظر    گرفته­شد و هم­چنین فشار مخلوط گازها برابر مجموع فشارهای جزیی گازهای تشکیل­دهنده­ی مخلوط در نظر گرفته­ شد. نتایج حاصل از مدلسازی در فواصل مختلف از دودکش با نتایج تجربی مقایسه گردیدند که تطابق خوبی با هم داشتند و نشان­دهنده­ی کاهش غلظت آلاینده­ها با افزایش فاصله از دودکش بودند.

عبدالکریم [7] به ارزیابی آلودگی­ هوا به­وسیله­ی مدلسازی کامپیوتری پرداخت. نمونه­ی مورد بررسی یک پالایشگاه نفت در کشور نیجریه بود. غلظت مواد آلاینده در فواصل مختلف دودکش بدست آمد. در مقایسه نتایج مدلسازی غلظت آلاینده­ها با نتایج تجربی تطابق خوبی مشاهده گردید. نتایج پخش آلاینده­ها نشانگر وابستگی نحوه­ی پخش آلاینده­ها به فاصله از منبع آلاینده­ها، سرعت باد، دمای هوا، رطوبت هوا و ... بود.

مختارزاده و همکاران [8] به مطالعه عددی رفتار ستون بخار خروجی از برج خنک­کن پرداختند. آنها شرایط اتمسفر را خنثی در نظر گرفتند و تاثیر مدل­های توربولانسی مختلف را روی نتایج مورد بررسی قرار دادند. مختارزاده و همکاران سرعت ستون بخار خروجی را بیشتر از سرعت باد در ارتفاع برج خنک­کن در نظر گرفتند. آنها دو حالت مختلف را بررسی کردند که در حالت اول دمای ستون بخار را 115 درجه    سانتی گراد و دمای محیط را 15 درجه سانتی گراد در نظر گرفتند و در حالت دوم دمای ستون بخار را 15 درجه سانتیگراد و دمای محیط را 30 درجه سانتی گراد در نظر گرفتند. مختارزاده و همکاران دمای بی­بعد شده را بر حسب فواصل افقی و عمودی از دودکش رسم کردند. آنها نتایج بدست­آمده از حل عددی صعود ستون بخار و میدان­های سرعت و دما در حالتی­که یک برج خنک­کن وجود دارد و حالتی که دو برج خنک­کن مجاور هم وجود دارد را با نتایج عددی مقایسه کردند.

عیسی و همکاران [9] تاثیر صعود ستون دود و سرعت باد را روی میزان غلظت آلاینده به روش تحلیلی بررسی کردند. آنها برای پخش ستون دود از مدل گوسی استفاده کردند و ماکزیمم غلظت ماده آلاینده در سطح زمین را در دو حالت بررسی کردند. در حالت اول صعود ستون دود به فاصله از دودکش وابسته است و در حالت دوم صعود ستون دود مستقل از فاصله از دودکش است. عیسی و همکاران انتشار ستون دود را در سه حالت جوی پایدار، ناپایدار و خنثی بررسی کردند. آنها نیروی شناوری را در نظر گرفتند و در نتایج بدست­آمده نشان­ دادند که ماکزیمم مقدار غلظت ماده­ی آلاینده در سطح زمین در نزدیکی دودکش رخ می­دهد و پس از آن در تمامی حالت­های اتمسفر مقدار غلظت ماده­ی آلاینده کاهش می­یابد.

اورکمپ [10] به بررسی صعود ستون دود ناشی از یک منبع تک نقطه ای یا چند نقطه ای پرداخت. او شرایط اتمسفر را پایدار در نظر گرفت. اثرات شناوری در نظر گرفته شد. پروفیل سرعت هوای ورودی به دامنه­ی حل از قانون توانی پیروی می کرد. اورکمپ به کمک رابطه ی بین تغییرات جریان شناوری با زمان و پارامتر پایداری، روابطی تحلیلی برای صعود ستون دود بدست آورد.

سامپایو و همکاران [11] به بررسی پخش آلودگی های ناشی از نیروگاه هسته ای در مجاورت نیروگاه پرداختند. اساس این بررسی حل معادلات ممنتوم، انرژی و غلظت بود. آنها سه حالت مختلف را بررسی کردند. 1- بدون هیچگونه مانع یا ساختمان در اطراف نیروگاه و اختلاف دمای صفر بین آلاینده ها و دمای محیط. 2- به همراه مانع یا ساختمان در اطراف نیروگاه و اختلاف دمای صفر بین آلاینده ها و دمای محیط. 3- به همراه مانع یا ساختمانی در اطراف نیروگاه و اختلاف دمای غیرصفر بین آلاینده ها و دمای محیط. نحوه­ی پخش آلاینده­ها حالت سوم در شكل 1-1 برای 3 زمان مختلف نشان داده شده است.

قیمت فایل فقط 5,900 تومان

برچسب ها : پژوهش , شهرسازی‌ , معماری , مقاله , جزوه , تحقیق , دانلود پروژه , دانلود پژوهش , دانلود مقاله , دانلود جزوه , دانلود تحقیق , شبیه سازی عددی پخش وصعود دود وتوزیع غلظت ماده آلاینده درخروجی دودکش