泄漏與擴(kuò)散925課件

第三章泄漏與擴(kuò)散第三章泄漏與擴(kuò)散1本章學(xué)習(xí)目標(biāo)1．了解化工企業(yè)中的常見(jiàn)泄漏源。2．熟悉液體、氣體和蒸氣泄漏的泄漏速率計(jì)算方法。3．掌握液體閃蒸率及兩相泄漏速率的計(jì)算方法。4．掌握液體蒸發(fā)（沸騰）速率的計(jì)算方法。5．熟悉擴(kuò)散模式及擴(kuò)散影響因素。6．熟悉高斯模型及擴(kuò)散系數(shù)的計(jì)算方法。7．了解重氣云擴(kuò)散的計(jì)算方法。8．了解釋放動(dòng)量和浮力對(duì)擴(kuò)散行為的影響。本章學(xué)習(xí)目標(biāo)1．了解化工企業(yè)中的常見(jiàn)泄漏源。2第一節(jié)常見(jiàn)的泄漏源泄漏機(jī)理可分為大面積泄漏和小孔泄漏。

大面積泄漏是指在短時(shí)間內(nèi)有大量的物料泄漏出來(lái)，儲(chǔ)罐的超壓爆炸就屬于大面積泄漏。

小孔泄漏是指物料通過(guò)小孔以非常慢的速率持續(xù)泄漏，上游的條件并不因此而立即受到影響，故通常假設(shè)上游壓力不變。第一節(jié)常見(jiàn)的泄漏源泄漏機(jī)理可分為大面積泄漏和小孔泄漏。3如圖3-1所示為化工廠中常見(jiàn)的小孔泄漏的情況。對(duì)于這些泄漏，物質(zhì)從儲(chǔ)罐和管道上的孔洞和裂紋以及法蘭、閥門和泵體的裂縫或嚴(yán)重破壞、斷裂的管道中泄漏出來(lái)。

如圖3-1所示為化工廠中常見(jiàn)的小孔泄漏的情況。對(duì)于這些泄漏4如圖3～2所示為物料的物理狀態(tài)是怎樣影響泄漏過(guò)程的。對(duì)于存儲(chǔ)于儲(chǔ)罐內(nèi)的氣體或蒸氣，裂縫導(dǎo)致氣體或蒸氣泄漏出來(lái)，對(duì)于液體，儲(chǔ)罐內(nèi)液面以下的裂縫導(dǎo)致液體泄漏出來(lái)。

如圖3～2所示為物料的物理狀態(tài)是怎樣影響泄漏過(guò)程的。對(duì)于存儲(chǔ)5如果液體存儲(chǔ)壓力大于其大氣環(huán)境下沸點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的壓力，那么液面以下的裂縫，將導(dǎo)致泄漏的液體的一部分閃蒸為蒸氣，由于液體的閃蒸，可能會(huì)形成小液滴或霧滴，并可能隨風(fēng)而擴(kuò)散開(kāi)來(lái)。液面以上的蒸氣空間的裂縫能夠?qū)е抡魵饬鳎驓庖簝上嗔鞯男孤?，這主要取決于物質(zhì)的物理特性。如果液體存儲(chǔ)壓力大于其大氣環(huán)境下沸點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的壓力，那么液面以6第二節(jié)液體泄漏一、通過(guò)孔洞泄漏對(duì)于某過(guò)程單元（表壓為pg）上的一個(gè)小孔，當(dāng)液體通過(guò)其流出時(shí)，認(rèn)為液體高度沒(méi)有發(fā)生變化。若小孔的面積為A，液體的流速為

則液體通過(guò)小孔泄漏的質(zhì)量流量（流速）Qm為：第二節(jié)液體泄漏一、通過(guò)孔洞泄漏7第一節(jié)液體經(jīng)小孔泄露的源模式泄露形式第一節(jié)液體經(jīng)小孔泄露的源模式泄露形式8第三章--泄漏與擴(kuò)散925課件9容器內(nèi)流速忽略，不考慮摩擦損失和液位變化考慮到因慣性引起的截面收縮及摩擦引起的速度減小，引入孔流系數(shù)C0。C0=實(shí)際流量/理論流量容器內(nèi)流速忽略，不考慮摩擦損失和液位變化考慮到因慣性引起的截10C0約為1薄壁小孔C0約0.61厚壁小孔或孔外伸有一段短管C0約0.81通常情況下C0難以求取，為保持足夠的安全余量，可取1.C0約為1薄壁小孔C0約0.61通常情況下C0難以求取，為保11流出系數(shù)Co為：①對(duì)于鋒利的小孔和雷諾數(shù)大于30000，

Co近似取0．61;②對(duì)于圓滑的噴嘴，流出系數(shù)可近似取l；③對(duì)于與容器連接的短管（即長(zhǎng)度與直徑

之比小于3），流出系數(shù)近似取0.81;④當(dāng)流出系數(shù)不知道或不能確定時(shí)，取1.0以使計(jì)算結(jié)果最大化。流出系數(shù)Co為：12

例3-1下午1點(diǎn)，工廠的操作人員注意到輸送苯的管道中的壓力降低了。壓力被立即回復(fù)為690kPa。下午2:30，管道上發(fā)現(xiàn)了一個(gè)直徑為6.35mm的小孔并立即進(jìn)行了修補(bǔ)。請(qǐng)估算流出來(lái)的苯的總質(zhì)量。苯的比重為0.8794。例3-1下午1點(diǎn)，工廠的操作人員注意到輸送苯的管道中的壓

解：下午1點(diǎn)觀察到的壓力降低是管道上出現(xiàn)小孔的象征。假設(shè)小孔在下午1點(diǎn)到2:30之間，即90分鐘內(nèi)，一直存在。小孔的面積為例3-1苯的密度為：解：下午1點(diǎn)觀察到的壓力降低是管道上出現(xiàn)小孔的象征。假設(shè)小二、通過(guò)儲(chǔ)罐上的孔洞泄漏小孔(面積為A)在液面以下hL處形成，儲(chǔ)罐中的表壓為pg，外界表壓為0，且儲(chǔ)罐中液體流速為0，則瞬時(shí)質(zhì)量流量Qm。為：二、通過(guò)儲(chǔ)罐上的孔洞泄漏小孔(面積為A)在液面以下hL處15忽略阻力項(xiàng)通過(guò)孔流系數(shù)C0修正忽略阻力項(xiàng)通過(guò)孔流系數(shù)C0修正16第三章--泄漏與擴(kuò)散925課件17第三章--泄漏與擴(kuò)散925課件18第三章--泄漏與擴(kuò)散925課件19第三節(jié)氣體或蒸氣泄漏一、通過(guò)孔洞泄漏對(duì)于流動(dòng)著的液體來(lái)說(shuō)，其動(dòng)能的變化經(jīng)常是可以忽略不計(jì)的，物理性質(zhì)（特別是密度）是不變的。而對(duì)流動(dòng)著的氣體和蒸氣來(lái)說(shuō)，這些假設(shè)僅僅在壓力變化不大(p1/p2<2)、流速較低（小于0.3倍聲音在氣體中的傳播速度）的情況下有效。由于壓力作用使氣體或蒸氣含有的能量在其從小孔泄漏或擴(kuò)散出去時(shí)轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，隨著氣體或蒸氣經(jīng)孔流出，其密度、壓力和溫度發(fā)生變化。第三節(jié)氣體或蒸氣泄漏一、通過(guò)孔洞泄漏20

氣體和蒸氣的泄漏，可分為滯流和自由擴(kuò)散泄漏。

對(duì)滯流泄漏，氣體通過(guò)孔流出，摩擦損失很大，很少一部分來(lái)自氣體壓力的內(nèi)能會(huì)轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，

對(duì)自由擴(kuò)散泄漏，大多數(shù)壓力能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，過(guò)程通常假設(shè)為等熵。滯流泄漏的源模型，需要有關(guān)孔洞物理結(jié)構(gòu)的詳細(xì)信息，在這里不予考慮，自由擴(kuò)散泄漏源模型僅僅需要孔洞直徑。氣體和蒸氣的泄漏，可分為滯流和自由擴(kuò)散泄漏。21對(duì)于自由擴(kuò)散泄漏，假設(shè)可以忽略潛能的變化，沒(méi)有軸功，則質(zhì)量流量的表達(dá)式為：3-23p0——容器內(nèi)介質(zhì)壓力（絕壓），Pa；p——環(huán)境壓力（下游壓力），Pa；γ——?dú)怏w的絕熱指數(shù)（熱容比）對(duì)于自由擴(kuò)散泄漏，假設(shè)可以忽略潛能的變化，沒(méi)有軸功，則質(zhì)量22泄漏后密度發(fā)生變化可壓縮流體（勢(shì)能變化忽略）定義孔流系數(shù)：泄漏后密度發(fā)生變化可壓縮流體（勢(shì)能變化忽略）定義孔流系23令令24第三章--泄漏與擴(kuò)散925課件25對(duì)于許多安全性研究，都需要通過(guò)小孔流出蒸氣的最大流量。引起最大流速的壓力比為：3-24對(duì)于許多安全性研究，都需要通過(guò)小孔流出蒸氣的最大流量。引起最26塞壓pchoked是導(dǎo)致孔洞或管道流動(dòng)流量最大的下游最大壓力。當(dāng)下游壓為小于pchoked時(shí)，①在絕大多數(shù)情況下，在洞口處流體的流速是聲速；②通過(guò)降低下游壓力，不能進(jìn)一步增加其流速及質(zhì)量流量。這種類型的流動(dòng)稱為塞流、臨界流或聲速流。塞壓pchoked是導(dǎo)致孔洞或管道流動(dòng)流量最大的下游最大壓力27

對(duì)于空氣泄漏到大氣環(huán)境(pchoked=101.3kPa)，如果上游壓力比101.3/0.528=191.9kPa大，則通過(guò)孔洞時(shí)流動(dòng)將被遏止，流量達(dá)到最大化。在過(guò)程工業(yè)中，產(chǎn)生塞流的情況很常見(jiàn)。把式(3-24)代入式(3-23)，可確定最大流量：

(3-25)式中M-----泄漏氣體或蒸氣的相對(duì)分子質(zhì)量;

To

------漏源的溫度，k；

Rg——理想氣體常數(shù)。對(duì)于空氣泄漏到大氣環(huán)境(pchoked=101.3kP28對(duì)于鋒利的孔，雷諾數(shù)大于30000時(shí)，流出系數(shù)Co取常數(shù)0.61，然而，對(duì)于塞流，流出系數(shù)隨下游壓力的下降而增加。對(duì)這些流動(dòng)和C0不確定的情況，推薦使用保守值1.0。各種氣體的熱容比y的值在表3-3中給出。對(duì)于鋒利的孔，雷諾數(shù)大于30000時(shí)，流出系數(shù)Co取常數(shù)029例3-2裝有氮?dú)獾膬?chǔ)罐上有一個(gè)2.54mm的小孔，儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力為1378kPa，溫度為26.7℃，計(jì)算通過(guò)該孔的液體質(zhì)量流量。例3-2裝有氮?dú)獾膬?chǔ)罐上有一個(gè)2.54mm的小孔，儲(chǔ)罐30第三章--泄漏與擴(kuò)散925課件31第三章--泄漏與擴(kuò)散925課件32第三章--泄漏與擴(kuò)散925課件33二、通過(guò)管道泄漏氣體經(jīng)管道流動(dòng)的模型有絕熱法和等濕法。絕熱情形適用于氣體快速流經(jīng)絕熱管道，等溫法適用于氣體以恒定不變的溫度流經(jīng)非絕熱管道，真實(shí)氣體流動(dòng)介于絕熱和等溫之間。二、通過(guò)管道泄漏34第四節(jié)液體閃蒸閃蒸就是高壓的飽和液體進(jìn)入比較低壓的容器中后由于壓力的突然降低使這些飽和液體變成一部分的容器壓力下的飽和蒸氣和飽和液。存儲(chǔ)溫度高于其通常沸點(diǎn)溫度的受壓液體，由于閃蒸會(huì)存在很多問(wèn)題，如果儲(chǔ)罐、管道或其他盛裝設(shè)備出現(xiàn)孔洞，部分液體會(huì)閃蒸為蒸氣，有時(shí)會(huì)發(fā)生爆炸。第四節(jié)液體閃蒸閃蒸就是高壓的飽和液體進(jìn)入比35如果泄漏的流程長(zhǎng)度大于10cm（通過(guò)管道或厚壁容器），那么就能達(dá)到平衡閃蒸條件，且流動(dòng)是塞流，可假設(shè)塞壓與閃蒸液體的飽和蒸氣壓相等，結(jié)果僅適用于儲(chǔ)存在高于其飽和蒸氣壓環(huán)境下的液體，在此假設(shè)下，質(zhì)量流量由下式給出：如果泄漏的流程長(zhǎng)度大于10cm（通過(guò)管道或厚壁容器），363-62式中A----釋放面積，m2；Co-----流出系數(shù)，無(wú)量綱；Pf-----液體密度，kg/m3；p-儲(chǔ)罐內(nèi)壓力，Pa；

psat——閃蒸液體處于周圍溫度情況下的飽和蒸氣壓，Pa。

37

對(duì)儲(chǔ)存在其飽和蒸氣壓下的液體，p一psat，式(3-62)將不再有效。考慮初始靜止的液體加速通過(guò)孔洞，假設(shè)動(dòng)能占支配地位，忽略潛能的影響，那么質(zhì)量流量為：

A-------小孔面積T-------初始溫度

Cp------液體的熱容

ΔHv------液體的蒸發(fā)熱vfg-----液體的比容，m3/kg.在閃蒸蒸氣噴射時(shí)會(huì)形成一些小液滴，這些小液滴很容易就被風(fēng)帶走，離開(kāi)泄漏發(fā)生處，經(jīng)常假設(shè)所形成的液滴的量同閃蒸的量是相等的。對(duì)儲(chǔ)存在其飽和蒸氣壓下的液體，p一psat，式(3-638第五節(jié)液體蒸發(fā)飽和蒸氣壓高的液體蒸發(fā)較快，蒸發(fā)速率更一般的表達(dá)式如下：3-65

式中

psat——液體溫度下純液體的飽和蒸氣壓，Pap-位于液體上方靜止空氣中的蒸氣分壓，Pa

Qm——蒸發(fā)速率，kg/s；M一易揮發(fā)物質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量；K-面積A的傳質(zhì)系數(shù)，m/S;Rg-理想氣體常數(shù)；T-液體的絕對(duì)溫度，K。第五節(jié)液體蒸發(fā)飽和蒸氣壓高的液體蒸發(fā)較快，蒸發(fā)速率更一39對(duì)大多數(shù)惰況，psat》p，式(3-65)可簡(jiǎn)化為：

用式(3-67)確定所研究物質(zhì)的傳質(zhì)系數(shù)K與某種參考物質(zhì)的傳質(zhì)系數(shù)Ko的比值：對(duì)大多數(shù)惰況，psat》p，式(3-65)可簡(jiǎn)化為40

經(jīng)常用水作為參照物質(zhì)，其傳質(zhì)系數(shù)為0.83cm/s。經(jīng)常用水作為參照物質(zhì)，其傳質(zhì)系數(shù)為0.83cm/s。41第三章--泄漏與擴(kuò)散925課件42對(duì)于液池中的液體沸騰，沸騰速率受周圍環(huán)境與池中液體間的熱量傳遞的限制，沸騰初始階段，通常由來(lái)自地面的熱量傳遞控制，來(lái)自地面的熱量傳遞，由如下簡(jiǎn)單的一維熱量傳遞方程模擬：3-70

式中qs——來(lái)自地面的熱通量，W/II12；

ks——土壤的熱導(dǎo)率，W/(m．k)；Tg------土壤溫度，K；T-------液池溫度，K；as——土壤的熱擴(kuò)散率，1112／s；

t--------溢出后的時(shí)間，s。

對(duì)于液池中的液體沸騰，沸騰速率受周圍環(huán)境與池中液體間的熱量傳43假設(shè)所有的熱量都用于液體的沸騰，則沸騰速率的計(jì)算如下：3-71

式中Qm——質(zhì)量沸騰速率，kg/s;

qg-——地面向液池的熱量傳遞，由式(3-70)確定

A———液池面積，m2；

ΔHv————液池中液體的汽化熱，J/kg。

假設(shè)所有的熱量都用于液體的沸騰，則沸騰速率的計(jì)算如下：44無(wú)錫海力士氣體泄漏無(wú)錫海力士氣體泄漏451984年，印度博帕爾市(Bhopal)美國(guó)聯(lián)合碳化物(UnionCarbide)屬下的農(nóng)藥廠發(fā)生了嚴(yán)重的毒氣泄漏事故，一夜之間有40多噸異氰酸甲酯溢出，造成20000多人喪生，這是迄今為止世界上發(fā)生的最慘重的化學(xué)工業(yè)事故。1984年，印度博帕爾市(Bhopal)美國(guó)聯(lián)合碳化物(Un46第六節(jié)擴(kuò)散方式及影響因素

1．?dāng)U散方式物質(zhì)泄漏后，會(huì)以煙羽（如圖3-7所示）或煙團(tuán)（如圖3～8所示）兩種方式在空氣中傳播、擴(kuò)散。泄漏物質(zhì)的最大濃度是在釋放發(fā)生處（可能不在地面上），由于有毒物質(zhì)與空氣的湍流混合和擴(kuò)散，其在下風(fēng)向的濃度較低。第六節(jié)擴(kuò)散方式及影響因素1．?dāng)U散方式47第三章--泄漏與擴(kuò)散925課件482．影響因素影響有毒物質(zhì)在大氣中擴(kuò)散的因素有以下幾個(gè)方面。(1)風(fēng)速。隨著風(fēng)速的增加，圖中的煙羽會(huì)又長(zhǎng)又窄，物質(zhì)向下風(fēng)向輸送的速度變快了，但是被大量空氣稀釋的速度也加快了。2．影響因素49空氣的垂直運(yùn)動(dòng)；夜晚，空氣溫度隨高度的增加下降不多，導(dǎo)致較少的垂直運(yùn)動(dòng)。白天和夜晚的溫度變化如圖3-9所示，有時(shí)也會(huì)發(fā)生相反的現(xiàn)象。相反情況下，溫度隨著高度的增加而增加，導(dǎo)致最低限度的垂直運(yùn)動(dòng)，這種情況經(jīng)常發(fā)生在晚間，因?yàn)闊彷椛鋵?dǎo)致地面迅速冷卻。

(2)大氣穩(wěn)定度。大氣穩(wěn)定度與空氣的垂直混合有關(guān)。白天，空氣溫速下降，促使了空氣的垂直運(yùn)動(dòng)；夜晚，空氣溫度隨高度的增加下(2)大氣穩(wěn)定50

大氣穩(wěn)定度劃分三種穩(wěn)定類型：不穩(wěn)定、中性和穩(wěn)定。對(duì)于不穩(wěn)定的大氣情況，太陽(yáng)對(duì)地面的加熱要比熱量散失得快，因此，地面附近的空氣溫度比高處的空氣溫度高，這在上午的早些時(shí)候可能會(huì)被觀測(cè)到，這導(dǎo)致了大氣不穩(wěn)定，因?yàn)檩^低密度的空氣位于較高密度空氣的下面，這種浮力的影響增強(qiáng)了大氣的機(jī)械湍流。對(duì)于中性穩(wěn)定度，地面上方的空氣暖和，風(fēng)速增加，減少了輸入的太陽(yáng)能或日光照射的影響，大氣穩(wěn)定度劃分三種穩(wěn)定類型：不穩(wěn)定、中性和穩(wěn)定。對(duì)于不51對(duì)于中性穩(wěn)定度，地面上方的空氣暖和，風(fēng)速增加，減少了輸入的太陽(yáng)能或日光照射的影響，空氣的溫度差不影響大氣的機(jī)械湍流。對(duì)于穩(wěn)定的大氣情況，太陽(yáng)加熱地面的速度沒(méi)有地面的冷卻速度快，因此地面附近的溫度比高處空氣的溫度低，這種情況是穩(wěn)定的，因?yàn)檩^高密度的空氣位于較低密度空氣的下面，浮力的影響抑制了機(jī)械湍流。對(duì)于中性穩(wěn)定度，地面上方的空氣暖和，風(fēng)速增加，減少了輸入的太52(3)地面條件。地面條件影響地表的機(jī)械混合和隨高度而變化的風(fēng)速，樹(shù)木和建筑物的存在加強(qiáng)了這種混合，而湖泊和敞開(kāi)的區(qū)域，則減弱了這種混合，圖3-10地面情況對(duì)垂直風(fēng)速梯度的影響

(3)地面條件。地面條件影響地表的機(jī)械混合和隨高度而變化的風(fēng)53(4)泄漏位置高度。泄漏位置高度對(duì)地面濃度的影響很大，隨著釋放高度的增加，地面濃度降低，這是因?yàn)闊熡鹦枰怪睌U(kuò)散更長(zhǎng)的距離，如圖3-11所示。一般電廠煙囪的規(guī)格都是210米240米的(4)泄漏位置高度。泄漏位置高度對(duì)地面濃度的影響很大，隨著54(5)釋放物質(zhì)的初始動(dòng)量和浮力。泄漏物質(zhì)的浮力和動(dòng)量改變了泄漏的有效高度，圖3-12所示，高速噴射所具有的動(dòng)量將氣體帶到高于泄漏處，導(dǎo)致更高的有效泄漏高度。如果氣體密度比空氣小，那么泄漏的氣體一開(kāi)始具有浮力，并向上升高，如果氣體密度比空氣大，那么泄漏的氣體開(kāi)始就具有沉降力，并向地面下沉。

尾氣排放溫度也在200度左右(5)釋放物質(zhì)的初始動(dòng)量和浮力。泄漏物質(zhì)的浮力和動(dòng)量改變了泄55泄漏氣體的溫度和相對(duì)分子質(zhì)量決定了相對(duì)于空氣(相對(duì)分子質(zhì)量為28.97)的氣體密度，對(duì)于所有氣體，隨著氣體向下風(fēng)向傳播和同新鮮空氣混合，最終將被充分稀釋，并認(rèn)為具有中性浮力，此時(shí)，擴(kuò)散由周圍環(huán)境的湍流所支配。泄漏氣體的溫度和相對(duì)分子質(zhì)量決定了相對(duì)于空氣(相對(duì)分子質(zhì)56第七節(jié)中性浮力擴(kuò)散模型中性浮力擴(kuò)散模型，用于估算釋放發(fā)生后釋放氣體與空氣混合，并導(dǎo)致混合氣云具有中性浮力后下風(fēng)向各處的濃度，因此，這些模型適用于氣體密度與空氣差不多的氣體的擴(kuò)散。第七節(jié)中性浮力擴(kuò)散模型中性浮力擴(kuò)散模型，用于估算釋放發(fā)生后釋57經(jīng)常用到兩種類型的中性浮力蒸氣云擴(kuò)散模型：煙羽和煙團(tuán)模型。煙羽模型描述來(lái)自連續(xù)源釋放物質(zhì)的穩(wěn)態(tài)濃度，煙團(tuán)模型描述一定量的單一物質(zhì)釋放后的暫時(shí)濃度，兩種模型的區(qū)別如圖3-7和圖3-8所示。對(duì)于煙羽模型，典型例子是氣體自煙窗的連續(xù)釋放，穩(wěn)態(tài)煙羽在煙窗下風(fēng)向形成。對(duì)于煙團(tuán)模型，典型例子是由于儲(chǔ)罐的破裂，一定量的物質(zhì)突然泄漏，形成一個(gè)巨大的蒸氣云團(tuán)，并漸漸遠(yuǎn)離破裂處。經(jīng)常用到兩種類型的中性浮力蒸氣云擴(kuò)散模型：煙羽和煙團(tuán)模型。煙581．煙羽模型

煙羽模型適用于連續(xù)源的擴(kuò)散，其假設(shè)如下：①定常態(tài)，即所有的變量都不隨時(shí)間而變化；②適用于密度與空氣相差不多的氣體的擴(kuò)散（不考慮重力

或浮力的作用），且在擴(kuò)散過(guò)程中不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；③擴(kuò)散氣體的性質(zhì)與空氣相同；④擴(kuò)散物質(zhì)達(dá)到地面時(shí)．完全反射，沒(méi)有任何吸收；⑤在下風(fēng)向上的湍流擴(kuò)散相對(duì)于移流相可忽略不計(jì)，這意味著該模型只適用于平均風(fēng)速不小于1m/s的情形；⑥坐標(biāo)系的z軸與流動(dòng)方向重合，橫向速度分量V、垂直速度分量W均為0；⑦假定地面水平。高斯煙羽數(shù)學(xué)模型表達(dá)式為：1．煙羽模型煙羽模型適用于連續(xù)源的擴(kuò)散，其假設(shè)如下：59煙羽模型式中C------------泄漏物質(zhì)體積分?jǐn)?shù)，%，

Qm----------源的泄漏速率，m3／s；

Hr-----------有效源高，m;

u------------風(fēng)速，m/s；

z，y，z---某點(diǎn)坐標(biāo)，m；

σy,σz-橫風(fēng)向和豎直方向的擴(kuò)散系數(shù)，m。煙囪的實(shí)際高度加上煙氣的抬升高度的高度之和，即是有效源高煙羽模型式中C------------泄漏物質(zhì)體積分?jǐn)?shù)602．煙團(tuán)模型煙羽模型只適用于連續(xù)源或泄放時(shí)間大于或等于擴(kuò)散時(shí)間的擴(kuò)散，如果要研究瞬時(shí)泄放（泄放時(shí)間小于擴(kuò)散時(shí)間，如容器突然爆炸導(dǎo)致其內(nèi)部介質(zhì)瞬時(shí)泄放），就應(yīng)用煙團(tuán)模型，它應(yīng)用于瞬時(shí)泄漏和部分連續(xù)泄漏源泄漏或微風(fēng)(速度<Im/s)條件下，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：2．煙團(tuán)模型61煙團(tuán)模型式中

C------------泄漏物質(zhì)體積分?jǐn)?shù)，%，Qm----------源的泄漏速率，m3／s；Hr-----------有效源高，m;u------------風(fēng)速，m/s；z，y，z---某點(diǎn)坐標(biāo)，m；σx,σy,σz----x，y，Z方向上的擴(kuò)散系數(shù)，m。t——-------泄漏時(shí)間，s；

煙團(tuán)模型式中C------------泄漏物質(zhì)體積62二、擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù)是大氣情況及釋放源下風(fēng)向距離的函數(shù)，大氣情況可根據(jù)六種不同的穩(wěn)定度等級(jí)進(jìn)行分類，見(jiàn)表3-5。穩(wěn)定度等級(jí)依賴于風(fēng)速和日照程度。白天，風(fēng)速的增加導(dǎo)致更加穩(wěn)定的大氣穩(wěn)定度，而在夜晚則相反。二、擴(kuò)散系數(shù)63對(duì)于連續(xù)源的擴(kuò)散系數(shù)σy和σz,由圖3-13和圖3-14中給出，相應(yīng)的關(guān)系式由表3-6給出，表中沒(méi)有給出σx的值，因?yàn)榧僭O(shè)σx=σy，煙團(tuán)釋放的擴(kuò)散系數(shù)σy和σz由圖3-15給出，方程由表3-7給出。對(duì)于連續(xù)源的擴(kuò)散系數(shù)σy和σz,由圖3-13和圖3-14中給64三、最壞事件情形對(duì)于煙羽，最大濃度通常是在釋放點(diǎn)處，如果釋放是在高于地平面的地方發(fā)生，那么地面上的最大濃度出現(xiàn)在釋放處的下風(fēng)向上的某一點(diǎn)。對(duì)于煙團(tuán)，最大濃度通常在煙團(tuán)的中心。對(duì)于釋放發(fā)生在高于地平面的地方；煙團(tuán)中心將平行于地面移動(dòng)，并且地面上的最大濃度直接位于煙團(tuán)中心的下面。對(duì)于煙團(tuán)等值線，隨著煙團(tuán)向下風(fēng)向的移動(dòng)，等值線將接近于圓形，其直徑一開(kāi)始隨著煙團(tuán)向下風(fēng)向的移動(dòng)而增加，然后達(dá)到最大，最后將逐漸減小。三、最壞事件情形65第八節(jié)重氣模型氣體密度大于其擴(kuò)散所經(jīng)過(guò)的周圍空氣密度的氣體都稱為重氣，主要原因是氣體的相對(duì)分子質(zhì)量比空氣大，或氣體在釋放或其他過(guò)程期間的因冷卻作用所導(dǎo)致的低溫的影響。某一典型的煙團(tuán)釋放后，可能形成具有相近的垂直和水平尺寸的氣云（源附近），重氣云在重力的影響下向地面下沉，直徑增加，而高度減少。第八節(jié)重氣模型氣體密度大于其擴(kuò)散所經(jīng)過(guò)的周圍空66由于重力的驅(qū)使，氣云向周圍的空氣侵入，會(huì)發(fā)生大量的初始稀釋，隨后，由于空氣通過(guò)垂直和水平界面的進(jìn)一步卷吸，氣云高度增加，充分稀釋以后，通常的大氣湍流超過(guò)重力影響而占支配地位，典型的高斯擴(kuò)散特征便顯示出來(lái)。由于重力的驅(qū)使，氣云向周圍的空氣侵入，會(huì)發(fā)生大量的初始稀釋，67第九節(jié)釋放動(dòng)量和浮力的影響

圖3-12表明，煙團(tuán)或煙羽的釋放特性依賴于釋放的初始動(dòng)量和浮力，初始動(dòng)量和浮力改變了釋放的有效高度。發(fā)生在地面，但汽化液體向上做管口噴射的釋放比沒(méi)有噴射的釋放具有更高的有效高度。同樣，溫度高于周圍環(huán)境空氣溫度的蒸氣的釋放，由于浮力作用而上升，從而增加了釋放的有效高度。

這兩種影響通過(guò)如圖3-18所示的典型煙囪排放得到了說(shuō)明。從煙囪排放的物質(zhì)具有動(dòng)量，這是基于煙囪內(nèi)向上的速度，同時(shí)也具有浮力，因?yàn)槠錅囟雀哂谥車h(huán)境溫度，因此，當(dāng)物質(zhì)從煙囪中排放出來(lái)后，它將持續(xù)上升。隨著排放物質(zhì)的冷卻和動(dòng)量的消失，上升速度變慢，直至最后停止上升。第九節(jié)釋放動(dòng)量和浮力的影響圖3-12表明，煙團(tuán)68第三章泄漏與擴(kuò)散第三章泄漏與擴(kuò)散69本章學(xué)習(xí)目標(biāo)1．了解化工企業(yè)中的常見(jiàn)泄漏源。2．熟悉液體、氣體和蒸氣泄漏的泄漏速率計(jì)算方法。3．掌握液體閃蒸率及兩相泄漏速率的計(jì)算方法。4．掌握液體蒸發(fā)（沸騰）速率的計(jì)算方法。5．熟悉擴(kuò)散模式及擴(kuò)散影響因素。6．熟悉高斯模型及擴(kuò)散系數(shù)的計(jì)算方法。7．了解重氣云擴(kuò)散的計(jì)算方法。8．了解釋放動(dòng)量和浮力對(duì)擴(kuò)散行為的影響。本章學(xué)習(xí)目標(biāo)1．了解化工企業(yè)中的常見(jiàn)泄漏源。70第一節(jié)常見(jiàn)的泄漏源泄漏機(jī)理可分為大面積泄漏和小孔泄漏。

大面積泄漏是指在短時(shí)間內(nèi)有大量的物料泄漏出來(lái)，儲(chǔ)罐的超壓爆炸就屬于大面積泄漏。

小孔泄漏是指物料通過(guò)小孔以非常慢的速率持續(xù)泄漏，上游的條件并不因此而立即受到影響，故通常假設(shè)上游壓力不變。第一節(jié)常見(jiàn)的泄漏源泄漏機(jī)理可分為大面積泄漏和小孔泄漏。71如圖3-1所示為化工廠中常見(jiàn)的小孔泄漏的情況。對(duì)于這些泄漏，物質(zhì)從儲(chǔ)罐和管道上的孔洞和裂紋以及法蘭、閥門和泵體的裂縫或嚴(yán)重破壞、斷裂的管道中泄漏出來(lái)。

如圖3-1所示為化工廠中常見(jiàn)的小孔泄漏的情況。對(duì)于這些泄漏72如圖3～2所示為物料的物理狀態(tài)是怎樣影響泄漏過(guò)程的。對(duì)于存儲(chǔ)于儲(chǔ)罐內(nèi)的氣體或蒸氣，裂縫導(dǎo)致氣體或蒸氣泄漏出來(lái)，對(duì)于液體，儲(chǔ)罐內(nèi)液面以下的裂縫導(dǎo)致液體泄漏出來(lái)。

如圖3～2所示為物料的物理狀態(tài)是怎樣影響泄漏過(guò)程的。對(duì)于存儲(chǔ)73如果液體存儲(chǔ)壓力大于其大氣環(huán)境下沸點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的壓力，那么液面以下的裂縫，將導(dǎo)致泄漏的液體的一部分閃蒸為蒸氣，由于液體的閃蒸，可能會(huì)形成小液滴或霧滴，并可能隨風(fēng)而擴(kuò)散開(kāi)來(lái)。液面以上的蒸氣空間的裂縫能夠?qū)е抡魵饬?，或氣液兩相流的泄漏，這主要取決于物質(zhì)的物理特性。如果液體存儲(chǔ)壓力大于其大氣環(huán)境下沸點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的壓力，那么液面以74第二節(jié)液體泄漏一、通過(guò)孔洞泄漏對(duì)于某過(guò)程單元（表壓為pg）上的一個(gè)小孔，當(dāng)液體通過(guò)其流出時(shí)，認(rèn)為液體高度沒(méi)有發(fā)生變化。若小孔的面積為A，液體的流速為

則液體通過(guò)小孔泄漏的質(zhì)量流量（流速）Qm為：第二節(jié)液體泄漏一、通過(guò)孔洞泄漏75第一節(jié)液體經(jīng)小孔泄露的源模式泄露形式第一節(jié)液體經(jīng)小孔泄露的源模式泄露形式76第三章--泄漏與擴(kuò)散925課件77容器內(nèi)流速忽略，不考慮摩擦損失和液位變化考慮到因慣性引起的截面收縮及摩擦引起的速度減小，引入孔流系數(shù)C0。C0=實(shí)際流量/理論流量容器內(nèi)流速忽略，不考慮摩擦損失和液位變化考慮到因慣性引起的截78C0約為1薄壁小孔C0約0.61厚壁小孔或孔外伸有一段短管C0約0.81通常情況下C0難以求取，為保持足夠的安全余量，可取1.C0約為1薄壁小孔C0約0.61通常情況下C0難以求取，為保79流出系數(shù)Co為：①對(duì)于鋒利的小孔和雷諾數(shù)大于30000，

Co近似取0．61;②對(duì)于圓滑的噴嘴，流出系數(shù)可近似取l；③對(duì)于與容器連接的短管（即長(zhǎng)度與直徑

之比小于3），流出系數(shù)近似取0.81;④當(dāng)流出系數(shù)不知道或不能確定時(shí)，取1.0以使計(jì)算結(jié)果最大化。流出系數(shù)Co為：80

例3-1下午1點(diǎn)，工廠的操作人員注意到輸送苯的管道中的壓力降低了。壓力被立即回復(fù)為690kPa。下午2:30，管道上發(fā)現(xiàn)了一個(gè)直徑為6.35mm的小孔并立即進(jìn)行了修補(bǔ)。請(qǐng)估算流出來(lái)的苯的總質(zhì)量。苯的比重為0.8794。例3-1下午1點(diǎn)，工廠的操作人員注意到輸送苯的管道中的壓

解：下午1點(diǎn)觀察到的壓力降低是管道上出現(xiàn)小孔的象征。假設(shè)小孔在下午1點(diǎn)到2:30之間，即90分鐘內(nèi)，一直存在。小孔的面積為例3-1苯的密度為：解：下午1點(diǎn)觀察到的壓力降低是管道上出現(xiàn)小孔的象征。假設(shè)小二、通過(guò)儲(chǔ)罐上的孔洞泄漏小孔(面積為A)在液面以下hL處形成，儲(chǔ)罐中的表壓為pg，外界表壓為0，且儲(chǔ)罐中液體流速為0，則瞬時(shí)質(zhì)量流量Qm。為：二、通過(guò)儲(chǔ)罐上的孔洞泄漏小孔(面積為A)在液面以下hL處83忽略阻力項(xiàng)通過(guò)孔流系數(shù)C0修正忽略阻力項(xiàng)通過(guò)孔流系數(shù)C0修正84第三章--泄漏與擴(kuò)散925課件85第三章--泄漏與擴(kuò)散925課件86第三章--泄漏與擴(kuò)散925課件87第三節(jié)氣體或蒸氣泄漏一、通過(guò)孔洞泄漏對(duì)于流動(dòng)著的液體來(lái)說(shuō)，其動(dòng)能的變化經(jīng)常是可以忽略不計(jì)的，物理性質(zhì)（特別是密度）是不變的。而對(duì)流動(dòng)著的氣體和蒸氣來(lái)說(shuō)，這些假設(shè)僅僅在壓力變化不大(p1/p2<2)、流速較低（小于0.3倍聲音在氣體中的傳播速度）的情況下有效。由于壓力作用使氣體或蒸氣含有的能量在其從小孔泄漏或擴(kuò)散出去時(shí)轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，隨著氣體或蒸氣經(jīng)孔流出，其密度、壓力和溫度發(fā)生變化。第三節(jié)氣體或蒸氣泄漏一、通過(guò)孔洞泄漏88

氣體和蒸氣的泄漏，可分為滯流和自由擴(kuò)散泄漏。

對(duì)滯流泄漏，氣體通過(guò)孔流出，摩擦損失很大，很少一部分來(lái)自氣體壓力的內(nèi)能會(huì)轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，

對(duì)自由擴(kuò)散泄漏，大多數(shù)壓力能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，過(guò)程通常假設(shè)為等熵。滯流泄漏的源模型，需要有關(guān)孔洞物理結(jié)構(gòu)的詳細(xì)信息，在這里不予考慮，自由擴(kuò)散泄漏源模型僅僅需要孔洞直徑。氣體和蒸氣的泄漏，可分為滯流和自由擴(kuò)散泄漏。89對(duì)于自由擴(kuò)散泄漏，假設(shè)可以忽略潛能的變化，沒(méi)有軸功，則質(zhì)量流量的表達(dá)式為：3-23p0——容器內(nèi)介質(zhì)壓力（絕壓），Pa；p——環(huán)境壓力（下游壓力），Pa；γ——?dú)怏w的絕熱指數(shù)（熱容比）對(duì)于自由擴(kuò)散泄漏，假設(shè)可以忽略潛能的變化，沒(méi)有軸功，則質(zhì)量90泄漏后密度發(fā)生變化可壓縮流體（勢(shì)能變化忽略）定義孔流系數(shù)：泄漏后密度發(fā)生變化可壓縮流體（勢(shì)能變化忽略）定義孔流系91令令92第三章--泄漏與擴(kuò)散925課件93對(duì)于許多安全性研究，都需要通過(guò)小孔流出蒸氣的最大流量。引起最大流速的壓力比為：3-24對(duì)于許多安全性研究，都需要通過(guò)小孔流出蒸氣的最大流量。引起最94塞壓pchoked是導(dǎo)致孔洞或管道流動(dòng)流量最大的下游最大壓力。當(dāng)下游壓為小于pchoked時(shí)，①在絕大多數(shù)情況下，在洞口處流體的流速是聲速；②通過(guò)降低下游壓力，不能進(jìn)一步增加其流速及質(zhì)量流量。這種類型的流動(dòng)稱為塞流、臨界流或聲速流。塞壓pchoked是導(dǎo)致孔洞或管道流動(dòng)流量最大的下游最大壓力95

對(duì)于空氣泄漏到大氣環(huán)境(pchoked=101.3kPa)，如果上游壓力比101.3/0.528=191.9kPa大，則通過(guò)孔洞時(shí)流動(dòng)將被遏止，流量達(dá)到最大化。在過(guò)程工業(yè)中，產(chǎn)生塞流的情況很常見(jiàn)。把式(3-24)代入式(3-23)，可確定最大流量：

(3-25)式中M-----泄漏氣體或蒸氣的相對(duì)分子質(zhì)量;

To

------漏源的溫度，k；

Rg——理想氣體常數(shù)。對(duì)于空氣泄漏到大氣環(huán)境(pchoked=101.3kP96對(duì)于鋒利的孔，雷諾數(shù)大于30000時(shí)，流出系數(shù)Co取常數(shù)0.61，然而，對(duì)于塞流，流出系數(shù)隨下游壓力的下降而增加。對(duì)這些流動(dòng)和C0不確定的情況，推薦使用保守值1.0。各種氣體的熱容比y的值在表3-3中給出。對(duì)于鋒利的孔，雷諾數(shù)大于30000時(shí)，流出系數(shù)Co取常數(shù)097例3-2裝有氮?dú)獾膬?chǔ)罐上有一個(gè)2.54mm的小孔，儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力為1378kPa，溫度為26.7℃，計(jì)算通過(guò)該孔的液體質(zhì)量流量。例3-2裝有氮?dú)獾膬?chǔ)罐上有一個(gè)2.54mm的小孔，儲(chǔ)罐98第三章--泄漏與擴(kuò)散925課件99第三章--泄漏與擴(kuò)散925課件100第三章--泄漏與擴(kuò)散925課件101二、通過(guò)管道泄漏氣體經(jīng)管道流動(dòng)的模型有絕熱法和等濕法。絕熱情形適用于氣體快速流經(jīng)絕熱管道，等溫法適用于氣體以恒定不變的溫度流經(jīng)非絕熱管道，真實(shí)氣體流動(dòng)介于絕熱和等溫之間。二、通過(guò)管道泄漏102第四節(jié)液體閃蒸閃蒸就是高壓的飽和液體進(jìn)入比較低壓的容器中后由于壓力的突然降低使這些飽和液體變成一部分的容器壓力下的飽和蒸氣和飽和液。存儲(chǔ)溫度高于其通常沸點(diǎn)溫度的受壓液體，由于閃蒸會(huì)存在很多問(wèn)題，如果儲(chǔ)罐、管道或其他盛裝設(shè)備出現(xiàn)孔洞，部分液體會(huì)閃蒸為蒸氣，有時(shí)會(huì)發(fā)生爆炸。第四節(jié)液體閃蒸閃蒸就是高壓的飽和液體進(jìn)入比103如果泄漏的流程長(zhǎng)度大于10cm（通過(guò)管道或厚壁容器），那么就能達(dá)到平衡閃蒸條件，且流動(dòng)是塞流，可假設(shè)塞壓與閃蒸液體的飽和蒸氣壓相等，結(jié)果僅適用于儲(chǔ)存在高于其飽和蒸氣壓環(huán)境下的液體，在此假設(shè)下，質(zhì)量流量由下式給出：如果泄漏的流程長(zhǎng)度大于10cm（通過(guò)管道或厚壁容器），1043-62式中A----釋放面積，m2；Co-----流出系數(shù)，無(wú)量綱；Pf-----液體密度，kg/m3；p-儲(chǔ)罐內(nèi)壓力，Pa；

psat——閃蒸液體處于周圍溫度情況下的飽和蒸氣壓，Pa。

105

對(duì)儲(chǔ)存在其飽和蒸氣壓下的液體，p一psat，式(3-62)將不再有效?？紤]初始靜止的液體加速通過(guò)孔洞，假設(shè)動(dòng)能占支配地位，忽略潛能的影響，那么質(zhì)量流量為：

A-------小孔面積T-------初始溫度

Cp------液體的熱容

ΔHv------液體的蒸發(fā)熱vfg-----液體的比容，m3/kg.在閃蒸蒸氣噴射時(shí)會(huì)形成一些小液滴，這些小液滴很容易就被風(fēng)帶走，離開(kāi)泄漏發(fā)生處，經(jīng)常假設(shè)所形成的液滴的量同閃蒸的量是相等的。對(duì)儲(chǔ)存在其飽和蒸氣壓下的液體，p一psat，式(3-6106第五節(jié)液體蒸發(fā)飽和蒸氣壓高的液體蒸發(fā)較快，蒸發(fā)速率更一般的表達(dá)式如下：3-65

式中

psat——液體溫度下純液體的飽和蒸氣壓，Pap-位于液體上方靜止空氣中的蒸氣分壓，Pa

Qm——蒸發(fā)速率，kg/s；M一易揮發(fā)物質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量；K-面積A的傳質(zhì)系數(shù)，m/S;Rg-理想氣體常數(shù)；T-液體的絕對(duì)溫度，K。第五節(jié)液體蒸發(fā)飽和蒸氣壓高的液體蒸發(fā)較快，蒸發(fā)速率更一107對(duì)大多數(shù)惰況，psat》p，式(3-65)可簡(jiǎn)化為：

用式(3-67)確定所研究物質(zhì)的傳質(zhì)系數(shù)K與某種參考物質(zhì)的傳質(zhì)系數(shù)Ko的比值：對(duì)大多數(shù)惰況，psat》p，式(3-65)可簡(jiǎn)化為108

經(jīng)常用水作為參照物質(zhì)，其傳質(zhì)系數(shù)為0.83cm/s。經(jīng)常用水作為參照物質(zhì)，其傳質(zhì)系數(shù)為0.83cm/s。109第三章--泄漏與擴(kuò)散925課件110對(duì)于液池中的液體沸騰，沸騰速率受周圍環(huán)境與池中液體間的熱量傳遞的限制，沸騰初始階段，通常由來(lái)自地面的熱量傳遞控制，來(lái)自地面的熱量傳遞，由如下簡(jiǎn)單的一維熱量傳遞方程模擬：3-70

式中qs——來(lái)自地面的熱通量，W/II12；

ks——土壤的熱導(dǎo)率，W/(m．k)；Tg------土壤溫度，K；T-------液池溫度，K；as——土壤的熱擴(kuò)散率，1112／s；

t--------溢出后的時(shí)間，s。

對(duì)于液池中的液體沸騰，沸騰速率受周圍環(huán)境與池中液體間的熱量傳111假設(shè)所有的熱量都用于液體的沸騰，則沸騰速率的計(jì)算如下：3-71

式中Qm——質(zhì)量沸騰速率，kg/s;

qg-——地面向液池的熱量傳遞，由式(3-70)確定

A———液池面積，m2；

ΔHv————液池中液體的汽化熱，J/kg。

假設(shè)所有的熱量都用于液體的沸騰，則沸騰速率的計(jì)算如下：112無(wú)錫海力士氣體泄漏無(wú)錫海力士氣體泄漏1131984年，印度博帕爾市(Bhopal)美國(guó)聯(lián)合碳化物(UnionCarbide)屬下的農(nóng)藥廠發(fā)生了嚴(yán)重的毒氣泄漏事故，一夜之間有40多噸異氰酸甲酯溢出，造成20000多人喪生，這是迄今為止世界上發(fā)生的最慘重的化學(xué)工業(yè)事故。1984年，印度博帕爾市(Bhopal)美國(guó)聯(lián)合碳化物(Un114第六節(jié)擴(kuò)散方式及影響因素

1．?dāng)U散方式物質(zhì)泄漏后，會(huì)以煙羽（如圖3-7所示）或煙團(tuán)（如圖3～8所示）兩種方式在空氣中傳播、擴(kuò)散。泄漏物質(zhì)的最大濃度是在釋放發(fā)生處（可能不在地面上），由于有毒物質(zhì)與空氣的湍流混合和擴(kuò)散，其在下風(fēng)向的濃度較低。第六節(jié)擴(kuò)散方式及影響因素1．?dāng)U散方式115第三章--泄漏與擴(kuò)散925課件1162．影響因素影響有毒物質(zhì)在大氣中擴(kuò)散的因素有以下幾個(gè)方面。(1)風(fēng)速。隨著風(fēng)速的增加，圖中的煙羽會(huì)又長(zhǎng)又窄，物質(zhì)向下風(fēng)向輸送的速度變快了，但是被大量空氣稀釋的速度也加快了。2．影響因素117空氣的垂直運(yùn)動(dòng)；夜晚，空氣溫度隨高度的增加下降不多，導(dǎo)致較少的垂直運(yùn)動(dòng)。白天和夜晚的溫度變化如圖3-9所示，有時(shí)也會(huì)發(fā)生相反的現(xiàn)象。相反情況下，溫度隨著高度的增加而增加，導(dǎo)致最低限度的垂直運(yùn)動(dòng)，這種情況經(jīng)常發(fā)生在晚間，因?yàn)闊彷椛鋵?dǎo)致地面迅速冷卻。

(2)大氣穩(wěn)定度。大氣穩(wěn)定度與空氣的垂直混合有關(guān)。白天，空氣溫速下降，促使了空氣的垂直運(yùn)動(dòng)；夜晚，空氣溫度隨高度的增加下(2)大氣穩(wěn)定118

大氣穩(wěn)定度劃分三種穩(wěn)定類型：不穩(wěn)定、中性和穩(wěn)定。對(duì)于不穩(wěn)定的大氣情況，太陽(yáng)對(duì)地面的加熱要比熱量散失得快，因此，地面附近的空氣溫度比高處的空氣溫度高，這在上午的早些時(shí)候可能會(huì)被觀測(cè)到，這導(dǎo)致了大氣不穩(wěn)定，因?yàn)檩^低密度的空氣位于較高密度空氣的下面，這種浮力的影響增強(qiáng)了大氣的機(jī)械湍流。對(duì)于中性穩(wěn)定度，地面上方的空氣暖和，風(fēng)速增加，減少了輸入的太陽(yáng)能或日光照射的影響，大氣穩(wěn)定度劃分三種穩(wěn)定類型：不穩(wěn)定、中性和穩(wěn)定。對(duì)于不119對(duì)于中性穩(wěn)定度，地面上方的空氣暖和，風(fēng)速增加，減少了輸入的太陽(yáng)能或日光照射的影響，空氣的溫度差不影響大氣的機(jī)械湍流。對(duì)于穩(wěn)定的大氣情況，太陽(yáng)加熱地面的速度沒(méi)有地面的冷卻速度快，因此地面附近的溫度比高處空氣的溫度低，這種情況是穩(wěn)定的，因?yàn)檩^高密度的空氣位于較低密度空氣的下面，浮力的影響抑制了機(jī)械湍流。對(duì)于中性穩(wěn)定度，地面上方的空氣暖和，風(fēng)速增加，減少了輸入的太120(3)地面條件。地面條件影響地表的機(jī)械混合和隨高度而變化的風(fēng)速，樹(shù)木和建筑物的存在加強(qiáng)了這種混合，而湖泊和敞開(kāi)的區(qū)域，則減弱了這種混合，圖3-10地面情況對(duì)垂直風(fēng)速梯度的影響

(3)地面條件。地面條件影響地表的機(jī)械混合和隨高度而變化的風(fēng)121(4)泄漏位置高度。泄漏位置高度對(duì)地面濃度的影響很大，隨著釋放高度的增加，地面濃度降低，這是因?yàn)闊熡鹦枰怪睌U(kuò)散更長(zhǎng)的距離，如圖3-11所示。一般電廠煙囪的規(guī)格都是210米240米的(4)泄漏位置高度。泄漏位置高度對(duì)地面濃度的影響很大，隨著122(5)釋放物質(zhì)的初始動(dòng)量和浮力。泄漏物質(zhì)的浮力和動(dòng)量改變了泄漏的有效高度，圖3-12所示，高速噴射所具有的動(dòng)量將氣體帶到高于泄漏處，導(dǎo)致更高的有效泄漏高度。如果氣體密度比空氣小，那么泄漏的氣體一開(kāi)始具有浮力，并向上升高，如果氣體密度比空氣大，那么泄漏的氣體開(kāi)始就具有沉降力，并向地面下沉。

尾氣排放溫度也在200度左右(5)釋放物質(zhì)的初始動(dòng)量和浮力。泄漏物質(zhì)的浮力和動(dòng)量改變了泄123泄漏氣體的溫度和相對(duì)分子質(zhì)量決定了相對(duì)于空氣(相對(duì)分子質(zhì)量為28.97)的氣體密度，對(duì)于所有氣體，隨著氣體向下風(fēng)向傳播和同新鮮空氣混合，最終將被充分稀釋，并認(rèn)為具有中性浮力，此時(shí)，擴(kuò)散由周圍環(huán)境的湍流所支配。泄漏氣體的溫度和相對(duì)分子質(zhì)量決定了相對(duì)于空氣(相對(duì)分子質(zhì)124第七節(jié)中性浮力擴(kuò)散模型中性浮力擴(kuò)散模型，用于估算釋放發(fā)生后釋放氣體與空氣混合，并導(dǎo)致混合氣云具有中性浮力后下風(fēng)向各處的濃度，因此，這些模型適用于氣體密度與空氣差不多的氣體的擴(kuò)散。第七節(jié)中性浮力擴(kuò)散模型中性浮力擴(kuò)散模型，用于估算釋放發(fā)生后釋125經(jīng)常用到兩種類型的中性浮力蒸氣云擴(kuò)散模型：煙羽和煙團(tuán)模型。煙羽模型描述來(lái)自連續(xù)源釋放物質(zhì)的穩(wěn)態(tài)濃度，煙團(tuán)模型描述一定量的單一物質(zhì)釋放后的暫時(shí)濃度，兩種模型的區(qū)別如圖3-7和圖3-8所示。對(duì)于煙羽模型，典型例子是氣體自煙窗的連續(xù)釋放，穩(wěn)態(tài)煙羽在煙窗下風(fēng)向形成。對(duì)于煙團(tuán)模型，典型例子是由于儲(chǔ)罐的破裂，一定量的物質(zhì)突然泄漏，形成一個(gè)巨大的蒸氣云團(tuán)，并漸漸遠(yuǎn)離破裂處。經(jīng)常用到兩種類型的中性浮力蒸氣云擴(kuò)散模型：煙羽和煙團(tuán)模型。煙1261．煙羽模型

煙羽模型適用于連續(xù)源的擴(kuò)散，其假設(shè)如下：①定常態(tài)，即所有的變量都不隨時(shí)間而變化；②適用于密度與空氣相差不多的氣體的擴(kuò)散（不考慮重力

或浮力的作用），且在擴(kuò)散過(guò)程中不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；③擴(kuò)散氣體的性質(zhì)與空氣相同；④擴(kuò)散物質(zhì)達(dá)到地面時(shí)．完全反射，沒(méi)有任何吸收；⑤在下風(fēng)向上的湍流擴(kuò)散相對(duì)于移流相可忽略不計(jì)，這意味著該模型只適用于平均風(fēng)速不小于1m/s的情形；