چکیده

کلیه مواد آلوده کننده ای که در نقاط مختلف از منابع آلوده کننده به اتمسفر منتقل می شوند، در جو پراکنده شده و در شرایط مختلف جوی و منطقه ای غلظت آنها تغییر می کند. در حقیقت مواد آلوده کننده موجود در جو یک سیکل  را طی می نمایند، بدین معنا که مواد متصاعد شده توسط گیاهان، خاک، جانوران، منابع آبی ،جانداران و سایر مواد جذب می شود و یا توسط باد و باران از جو خارج و میزان آن توسط عوامل ذکر شده،  در جو کاهش می یابد. گاهی مواد آلوده کننده در اثر وزش باد مجدداً به جو باز می گردند.به علل فوق، در صورتی که بتوان نحوه پراکندگی و یا توزیع و انتشار مواد آلوده کننده در جو را مشخص کرد، می توان یک مدل ریاضی تهیه نموده و موضوع را مورد بررسی قرار داد. این مدل را می توان با اندازه گیری های عملی از یک منطقه توام نمود و به نتایج قابل توجهی نایل آمد. در صورتیکه نقشه های توزیع، انتشار و پراکندگی صحیح باشد، باید با اطلاعاتی که از طریق اندازه گیری ارائه می شود مطابقت نماید. در این صورت است که می توان با توجه به این نقشه ها استانداردهای لازم جهت کنترل آلودگی هوا را تدوین نمود.

در این پژوهش نحوه توزیع آلاینده های خروجی از دودکش ذوب مس خاتون آباد واقع در استان کرمان  مورد بررسی قرار می گیرد. دودکش مورد نظر دارای ارتفاع 100متر و قطر خروجی 4 متر و گاز خروجی دی اکسید گوگرد با سرعت خروجی  2 متر بر ثانیه می باشد. محیط اطراف دودکش به ابعاد 200×400×1000متر مکعب را به  عنوان حجم مورد نظر در نظر می گیریم. از آنجاییکه در اکثر فصول سال سرعت باد  منطقه 5 متر بر ثانیه میباشد نتایج حاصل ازنحوه توزیع آلودگی را با توجه به تغییر ارتفاع دودکش و تغییرسرعت باد مورد بررسی قرار گرفته است.

کلمات کلیدی: آلودگی هوا ،حل عددی، ارتفاع دودکش، سرعت باد

فهرست  عنوان              صفحه

چکیده  …………………………………………………………………………………………………………………………..  ا

فهرست مطالب  ……………………………………………………………………………………………………………..  ب

فهرست جداول  ……………………………………………………………………………………………………………….  ز

فهرست اشکال………………………………………………………………………………………………………………..  ه

فهرست علائم اختصاری  …………………………………………………………………………………………………….  ی

 فهرست  مطالب

فصل اول

1-1- مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………2

1-2-  تاریخچه آلودگی هوا………………………………………………………………………………………………………..3

1-3-  مشکلات آلودگی هوا……………………………………………………………………………………………………….3

1-4- قانون کنترل آلودگی هوا…………………………………………………………………………………………………….4

1-5-  اجرای قانون هوای تمیز…………………………………………………………………………………………………..4

فصل دوم

2-1-  مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………..7

2-2- دی اکسید گوگرد…………………………………………………………………………………………………………….8

– 2-1- ماهیت ومنابع آلاینده ……………………………………………………………………………………………………..8

2-2- 2- اثرات بهداشتی…………………………………………………………………………………………………………..8

3- اثرات زیست محیطی…………………………………………………………………………………………………………..9

گردش باد……………………………………………………………………………………………………………………………9

2- 3-1- باد ژئوستروفیک………………………………………………………………………………………………………..10

3-2- باد گرادیان(باد متغیر)……………………………………………………………………………………………………….11

لایه مرزی زمینی…………………………………………………………………………………………………………………..12

تغییرات سرعت باد با ارتفاع………………………………………………………………………………………………………15

توزیع گلباد ………………………………………………………………………………………………………………………….18

نرخ افت………………………………………………………………………………………………………………………………19

شرایط پایداری اتمسفر……………………………………………………………………………………………………………..21

شرایط معکوس بودن هوای اتمسفر………………………………………………………………………………………………22

2-9- 1- وارونگی جابجایی …………………………………………………………………………………………………………23

2-9- 2-وارونگی تشعشعی……………………………………………………………………………………………………….24

2-9- 3- وارونگی .مرکب…………………………………………………………………………………………………………….25

فصل سوم

مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………………27

شبیه سازی cfd…………………………………………………………..ا………………………………………………………..27

روشهای حل عددی معادلات دیفرانسیل…………………………………………………………………………………………27

معرفی حجم محدود وارائه کلیات آن………………………………………………………………………………………………27

4-1- روش رو به باد یک……………………………………………………………………………………………………………..29

3- 4-2-روش قاعده توانی……………………………………………………………………………………………………………30

3- 4-3-روش رو به باد مرتبه 2………………………………………………………………………………………………………32

4-4-روش مرتبه 3……………………………………………………………………………………………………………………33

فرم خطی شده معادله مجزا………………………………………………………………………………………………………33

زیر تخفیف و فوق تخفیف…………………………………………………………………………………………………………..34

محاسبه میدان جریان……………………………………………………………………………………………………………….35

الگوهای حل در فلوئنت……………………………………………………………………………………………………………..35

3- 8-1- روش حل تفکیکی………………………………………………………………………………………………………….35

8-2-روش حل پیوسته………………………………………………………………………………………………………………..37

مدلهای توربولانس…………………………………………………………………………………………………………………..39

مدلهای k-έ ………………………………………………………………………….ا………………………………………………40

11-جریانهای تراکم پذیر وتراکم ناپذیر……………………………………………………………………………………………..42

معادلات حرکت در شبیه سازی این تحقیق………………………………………………………………………………………42

متوسط تجمع بی بعد آلاینده ها ………………………………………………………………………………………………….43

صورت مساله این پژوهش………………………………………………………………………………………………………….43

فصل چهارم

مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………………45

معادلات حاکم بر توزیع میدان سرعت باد……………………………………………………………………………………….45

2-1- حل عددی…………………………………………………………………………………………………………………….45

2-2- تخمین میدان اولیه ………………………………………………………………………………………………………..51

4-2-2-1-میانیابی افقی …………………………………………………………………………………………………………51

4-2-2-2- برونیابی عمودی ……………………………………………………………………………………………………..52

4-2- 2-2-1- نحوه نسبی طول Monin.Obakhov بر حسب زبری سطح………………………………………………….54

2-2-2- نحوه تعیین طول زبری 0Zدر هر نقطه………………………………………………………………………………….55

معادلات گسستگی………………………………………………………………………………………………………………55

فصل پنجم

ویژگی های شبکه ……………………………………………………………………………………………………………….73

نمایش کنتور سرعت…………………………………………………………………………………………………………….75

محدوده آلوده شده و میانگین غلظت در اثر تغییر ارتفاع دودکش و سرعت باد…………………………………………..77

5-3- 1- گستردگی آلودگی در اثر تغییر سرعت باد و تغییر ارتفاع دودکش………………………………………………77 

2- غلظت آلودگی در اثر تغییرات سرعت و ارتفاع دودکش………………………………………………………………..78

میزان غلظت آلایندگی در ارتفاع های مختلف از سطح زمین با تغییر ارتفاع دودکش و سرعت باد …………………..80

5-4- 1- غلظت آلاینده در ارتفاع 50 متر از سطح زمین با ارتفاع های دودکش و سرعت های مختلف…………………80

5-4- 1-1- تغییرات ارتفاع دودکش ……………………………………………………………………………………………..80

5-4- 1-2- تغییرات سرعت باد ………………………………………………………………………………………………….81

5-4- 2-غلظت آلاینده در ارتفاع 100 متری از سطح زمین با ارتفاع های مختلف دودکش و سرعت های مختلف باد ..82

5-4- 2-1- تغییرات ارتفاع دودکش………………………………………………………………………………………………82

5-4- 4-2-تغییرات سرعت باد…………………………………………………………………………………………………..83

5-4- 3- غلظت آلایندگی در ارتفاع 150 متری با ارتفاع های مختلف دودکش و سرعت های مختلف باد………………84

5-4- 3-1- تغییرات ارتفاع…………………………………………………………………………………………………………84

5-4- 3-2- سرعت های مختلف باد…………………………………………………………………………………………….85

5-4- 4-غلظت آلایندگی در ارتفاع 200متری از سطح زمین با ارتفاع های مختلف دودکش و سرعت های باد مختلف ..86

5-4- 4-1- تغییرات ارتفاع…………………………………………………………………………………………………………..86

4-2- تغییرات سرعت باد ………………………………………………………………………………………………………….87

نتایج نهایی از مقایسه دیاگرام ها………………………………………………………………………………………………..88

6-نتایج کلی…………………………………………………………………………………………………………………………91

فصل اول تاریخچه آلودگی

1 -1 – مقدمه

آلودگی هوا عبارتست از حضور یک و یا بیش از یک آلاینده در هوای آزاد مانند گرد و خاک، دود غلیظ، گاز مه آلود، بوی نامطبوع به مقدار کافی، با خواص مشخص و تداوم که می تواند حمایت انسان، گیاه و جانوران و اصول انسانی را به مخاطره اندازد.

اولین آلاینده های هوا احتمالاً دارای منشأ طبیعی بوده اند. دود، بخار بدبو، خاکستر و گازهای متصاعد شده از آتشفشانها و آتش سوزی جنگلها، گرد و غبار ناشی از توفانها در نواحی خشک، در نواحی کم ارتفاع مرطوب و مه های رقیق شامل ذرات حاصل از درختهای کاج و صنوبر در نواحی کوهستانی، پیش از آنکه مشکلات مربوط به سلامت انسانها و مشکلات ناشی از فعالیتهای انسانی محسوس باشند. کلاً جزئی از محیط زیست ما به شمار می رفته اند. به استثنای موارد حاد، نظیر فوران آتشفشان.

آلودگیهای ناشی از منابع طبیعی معمولاً ایجاد چنان  مشکلات جدی برای حیات جانوران و یا اموال انسانها نمی کنند. این در حالی است که فعالیت های انسانی ایجاد چنان مشکلاتی از نظیر آلودگی می نمایند که بیم آن می رود، بخشهایی از اتمسفر زمین تبدیل به محیطی مضر برای سلامت انسانها گردد.

1 -2 – تاریخچه آلودگی

دود یکی از قدیمی ترین آلاینده های هوا است که برای سلامت بشر مضر است. زمانی که دود ناشی از آتش حاصله از سوختنچوب توسط ساکنین اولیه غارها جای خود را به دود ناشی از کوره های زغال سوز در شهرهای پر جمعیت داد، آلودگی هوا ، بقدری افزایش یافت که زنگ خظر برای برخی از ساکنان آن شهرها به صدا در آمد. در سال 61 بعد از میلاد ، “سنکا (Seneca) “فیلسوف رومی از هوای روم بعنوان هوای سنگین و از دودکشهای هود با عنوان تولید کننده بوی بد نام برد.

در سال 1273 میلادی ، “ادوارد اول “پادشاه انگلستان عنوان کرد که هوای لندن به حدی با دود و مه آلوده شده است و آزار دهنده است که از سوختن زغال سنگدریایی جلوگیری خواهد کرد. علی رغم هشدار پادشاه مذکور ، نابودی گسترده جنگلها ، چوبرا تبدیل به یک کالای کمیاب نمود و ساکنان لندن را وادار ساخت تا بجای کم کردن مصرف زغال سنگ به میزان بیشتری از آن استفاده کنند.

تا سال 1661 میلادی یعنی بیش از یک قرن بعد ، تغییر قابل ملاحظه ای در آلودگی هوا بوجود نیامد. چاره جویی و پیشنهادات عبارت بودند از برچیدن تمامی کارخانه های اطراف شهر لندن و بوجود آمدن کمربند سبز در اطراف شهر. بالاخره این چاره جویی ها کارساز شد .

1 -3 – مشکلات آلودگی هوا

شواهدی دال بر علاقمندی جوامع انسانی در غلبه بر مشکل آلودگی هوا وجود دارند که از جمله آنها می توان از تصویب و اجرای قوانین کنترل دود در شیکاگو سینسنیاتی به سال 1881 نام برد. ولی اجرای این قوانین و قوانینی مشابه آنها با دشواریهایی مواجه گردید و برای تمیز نمودن هوا یا جلوگیری از آلودگی بیشتر آن ، تقریبا کاری انجام نشد. در سال 1930 در دره بسیار صنعتی میوز در کشور بلژیک در اثر پدیده وارونگی ، مه دوددر یک فضای معین محبوس گردید. در نتیجه 63 تن جان خود را از دست داده ، چندین هزار تن دیگر بیمار شوند.

حدود 18 سال بعد در شرایط مشابهی در ایلات متحده آمریکا ، یکی از اولین و بزرگترین فاجعه های زائیده آلودگیها رخ داد، یعنی 17 نفر جان خود را باختند و 43 درصد جمعیت نورا در پنسیلوانیا بیمار شدند. درست سه سال بعد از فاجعه مه دود لندن در سال 1952 ، نادیده گرفتن عواقب جدی آلودگی هوا غیر ممکن گردید.

در روز سه شنبه 4 دسامبر سال 1952 حجم عظیمی از هوای گرم به طرف قسمت جنوبی انگلستان حرکت کرده ، با ایجاد یک وارونگی دمایی سبب نشست یک مه سفید در لندن شد. این مه دود به دستگاه تنفسی انسان سخت آسیب می رساند. درنتیجه بیشتر مردم بزودی با مشکلاتی از قبیل قرمز شدن چشمها ، سوزش گلو و سرفه های زیاد مواجه شدند و پیش از آنکه در 9 دسامبر از سطح شهر دور شوند ،400 مورد مرگ مربوط به آلودگی هوا گزارش کردند. این تعداد تلفات برای متوجه ساختن افکار بریتانیایی ها جهت تصویب قانون هوای تمیز در سال 1956 کافی بود .

1 -4 – قانون کنترل آلودگی هوا

این قانون در ایالات متحده امریکا به نام قانون کنترل آلودگی هوا قانون عمومی (159_84) به تصویب رسید. اما این مصوبه تنها موجب به تصویب رسیدن یک قانون مؤثرتر گردید. این قانون یکبار در سال 1960 و بار دیگر در سال 1962 بازنگری شد و به قانون هوای تمیز سال 1963 قانون عمومی(88_206)که برنامه های ناحیه ای محلی و ایالتی را برای کنترل هوا تشویق می کرد و در عین حال حق مداخله را برای دولت فدرال در صورت به خطر افتادن سلامت و رفاه اهالی ایالت در اثر آلودگی ناشی از ایالات دیگر محفوظ نگه می داشت، الحاق گردید.

این قانون معیارهایی برای کیفیت هوا وضع کرد که بر اساس آنها ، استانداردهای کیفیت هوا و گازهای متصاعد شده در دهه 1960 میلادی پی ریزی شد .

1 -5 – اجرای قانون هوای تمیز

اجرای قانون هوای تمیز در سال 1970 به آژانس نو بنیاد حفاظت محیط زیست  (EPA)محول گردید. قانون به وضع استانداردهای درجه اول و دوم کیفیت هوای محیط زیست پرداخت. استانداردهای اولیه متکی بر معیارهای کیفیت هوا ، برای حفظ سلامت عموم مردم ، دامنه وسیعی از ایمنی را در نظر می گیرد. شکل  1-1نمایی از آلودگی ذوب مس سرچشمه را نشان می دهد.

شکل1-1

در حالی که استانداردهای ثانوی که آنها نیز متکی بر معیارهای کیفیت هوا باشند، برای حفظ رفاه عموم انسانها ، به علاوه گیاهان ، جانوران ، اموال و دارائی هستند.

اصطلاحات قانون هوای تمیز به سال 1977 به تقویت باز هم بیشتر قوانین موجود پرداخته است. اگر چه این امکان وجود دارد که تغییرات بیشتری نیز انجام شود، کاملا محتمل است که کنترل آلودگی هوابرای ایجاد


مقطع : کارشناسی ارشد

قبل از خرید فایل می توانید با پشتبانی سایت مشورت کنید