Summary
Samenvatting Milieutechnologie: Lucht
- Course
- Institution
Samenvatting van het van Milieutechnologie: Lucht
[Show more]
Seller
Follow
julietvanhaudt
Content preview
MODULE 3: DISPERSION MODELLING1. Dispersie modellen (p651)
1.1. Introductie
- Accumulatie van polluenten ~
• Emissie snelheid, dispersie snelheid, aanmaak- en afbraak snelheid (door chemische reacties)
- Dispersie van polluenten ~
• Wind (horizontale verspreiding) & atmosferische stabiliteit (verticale verspreiding)
1.2. Een fysische verklaring voor dispersie (p653)
- Fases:
1) Continue stroom van polluenten vrijgelaten in een stabiele wind
2) Buigt en beweegt mee met de wind → verdunning van de polluenten
- Afhankelijk van:
• Schoorsteen
• Landschap vb: in vallei blijft pollutie hangen
• Windrichting en -snelheid
• Regenval
• Chemische reactiviteit: in troposfeer hydroxyl radicaal dat reageert met VOC’s
- Model succesvol als:
• Geschatte concentratie per uur binnen factor 2 van actuele concentratie
• Gemiddelde geschatte concentratie over lange tijd = gemiddelde actuele
• Gelijke distributie geschatte en actuele concentraties op locaties gerangschikt
- Waarom modelleren:
• Onmogelijk om kwaliteit op elke locatie te meten
• Impact van nieuwe pollutiebronnen inschatten
• Bron bepalen bij het vinden van verontreiniging
• Berekenen van de benodigde emissie reductie bij pollutie
• Respons op ongevallen zoals een lek plannen
1.2.1. Plume rise (∆ℎ)
- Cold plume rise (momentum):
• Momentum stijging door lineaire snelheid van gas in de schoorsteen
- Warm plume rise (buoyancy):
• Positief buoyant (warmer gas): warm gas is minder dens dan koud, dus stijgt
• Neutraal buoyant: lift is gelijk aan het gewicht dus blijft hangen
• Negatief buoyant (kouder gas): lift is kleiner dan het gewicht, dus daalt
1.2.2. Fanning out en randum fluctuaties
- Thermische turbulentie:
• Energie zon geabsorbeerd door grond
1
2022-2023
, ➔ Omgezet naar warmte
➔ Warmte wordt getransfereerd naar de onderste luchtlaag door conductie/ convectie
➔ Lucht nabij het oppervlak gaat stijgen; hoe warmer, hoe meer eddies, snellere menging
- Mechanische turbulentie:
• Door afschuifkrachten wanneer lucht over ruw oppervlak gaat
➔ Meer wind of ruwer oppervlak, meer eddies
1.3. Gaussiaans model (p655)
- Gemiddelde tijd
• Wind wordt over tijd uitgemiddeld omdat er variatie is door fluctuatie in wind en eddies
- Wind met constante gemiddelde snelheid 𝑢 en richting 𝑥, 𝑥0 = concentratie op een gegeven afstand
• Hoe groter 𝑥0 hoe verder polluenten in 𝑦 en 𝑧 richting en hoe lager maximale concentratie
• Laterale snelheid neemt toe
• Verdeling van polluenten wordt binormaal genoemd
- Binormale verdeling wordt gemodelleerd a.d.h.v. een dubbele Gaussiaanse vergelijking
• Voorspelt de steady-state concentratie op een punt (x,y,z)
1 𝑦2 1(𝑧−ℎ)2
𝑄 − [− ]
2 𝜎2 2 𝜎2
𝐶= 𝑒 𝑦 𝑒 𝑧
2𝜋𝑢𝜎𝑦 𝜎𝑧
▪ 𝐶 = concentratie op een bepaald punt [g/m3]
▪ 𝑄 = emissie snelheid [g/s]
▪ 𝑢 = wind snelheid [m/s]
▪ 𝜎𝑦/𝑧 = dispersie parameter in laterale/verticale richting [m]
- Assumpties:
• Wind snelheid, -richting en diffusiviteit zijn constant in ruimte en tijd
• Bron emitteert een constante stroom van polluenten
• Geen depositie op het oppervlak
- Rekening houden met terugkaatsen van pluim op het oppervlak door een imaginaire 2de bron
1 𝑦2 1(𝑧−ℎ)2 1(𝑧+ℎ)2
𝑄 − [− ] [− ]
2 𝜎2
• 𝐶= 𝑒 𝑦 {𝑒 2 𝜎2𝑧 + 𝑒 2 𝜎2𝑧 }
2𝜋𝑢𝜎𝑦 𝜎𝑧
• Adhv de termen (z-h) en (z+h)
- Relaties:
• Concentratie pollutie is evenredig aan emissie 𝑄
• Concentratie is omgekeerd evenredig aan wind snelheid
• Als emissie en 𝑢 de plume rise beïnvloeden zijn de bovenste 2 enkel een benadering
- 𝜎𝑦 en 𝜎𝑧 stijgen met stijgende 𝑥
• Plume centerline concentraties dalen met stijgende x
• MAAR op grondniveau begint concentratie op 0
- 𝜎𝑦 en 𝜎𝑧 stijgen met atmosferische turbulentie
• Onstabiele condities verlagen concentratie
2
2022-2023
,1.4. Atmosfeer (p659)
1.4.1. Barometrische druk is afhankelijk van de hoogte
- Drukgradiënt in de atmosfeer → druk neemt af met hoogte → pakket expandeert → T neemt af
• Drukrelatie met hoogte a.d.h.v. krachtenbalans op laag met dikte dz
𝜕𝑝
• (𝑝 + 𝑑𝑧) + 𝜌 ∙ 𝑔 𝑑𝑧 = 𝑝 met
𝜕𝑧
▪ 𝑝 = barometrische druk [Pa]
▪ 𝜌 = luchtdensiteit [kg/m3]
▪ 𝑔 = gravitatie [9,80665 m/s2]
▪ 𝑍 = hoogte [m]
𝑑𝑝
= −𝜌𝑔
𝑑𝑧
- Ideale gaswet:
𝑚
• 𝑝𝑉 = 𝑛𝑅𝑇 = 𝑅𝑇 met
𝑀𝑙𝑢𝑐ℎ𝑡
▪ 𝑅 = ideale gasconstante [8,314472 J/mol/K]
▪ 𝑀𝑙𝑢𝑐ℎ𝑡 = molaire massa van lucht [0,028964 kg/mol]
𝑀𝑙𝑢𝑐ℎ𝑡 𝑔
𝑚 𝑝𝑀𝑙𝑢𝑐ℎ𝑡 𝑑𝑝 𝑝𝑀𝑙𝑢𝑐ℎ𝑡 𝑔 𝑑𝑝 𝑀𝑙𝑢𝑐ℎ𝑡 𝑔
𝜌= = → =− → =− 𝑑𝑧 → 𝑝 = 𝑝0 𝑒 − 𝑅𝑇
𝑧
𝑉 𝑅𝑇 𝑑𝑧 𝑅𝑇 𝑝 𝑅𝑇
𝑝 𝑀𝑙𝑢𝑐ℎ𝑡 𝑔
ln ( ) = − 𝑧
𝑝0 𝑅𝑇
1.4.2. Verandering van temperatuur met de hoogte
- Wet van behoud van energie:
• 𝑑𝑈 = 𝑑𝑞 + 𝑑𝑤 met
▪ 𝑈 = interne energie [J]
▪ 𝑞 = toegevoegde warmte [J]
▪ 𝑤 = toegevoegde arbeid [J]
- Warmte uitgewisseld tussen luchtpakket en omgeving = 0 want het is adiabatisch
𝑑𝑈 = 𝑑𝑤
- Relatie van interne energie met enthalpie:
• 𝑈 = 𝐻 − 𝑝𝑉
𝑑𝑈 = 𝑑(𝐻 − 𝑝𝑉) = 𝑑𝐻 − 𝑝𝑑𝑉 − 𝑉𝑑𝑝
- H verandering met T bij constante P:
• 𝑑𝐻 = 𝑚𝑐𝑝,𝑙𝑢𝑐ℎ𝑡 𝑑𝑇
▪ 𝑐𝑝,𝑙𝑢𝑐ℎ𝑡 = specifieke warmte lucht [J/kg/K]
- Lucht van omgeving verricht arbeid op het luchtpakketje:
• 𝑑𝑤 = −𝑝𝑑𝑉
• 𝑑𝑈 = −𝑝𝑑𝑉
−𝑝 𝑑𝑉 = 𝑚𝑐𝑝,𝑙𝑢𝑐ℎ𝑡 𝑑𝑇 − 𝑝𝑑𝑉 − 𝑉𝑑𝑝
𝑝𝑀𝑙𝑢𝑐ℎ𝑡 𝑔
𝑚𝑐𝑝,𝑙𝑢𝑐ℎ𝑡 𝑑𝑇 = 𝑉𝑑𝑝 = −𝑉 𝑑𝑧 → 𝑐𝑝,𝑙𝑢𝑐ℎ𝑡 𝑑𝑇 = −𝑔 𝑑𝑧
𝑅𝑇
𝑑𝑝 𝑝𝑀𝑙𝑢𝑐ℎ𝑡 𝑔 𝑑𝑇 𝑔
=− en =−
𝑑𝑧 𝑅𝑇 𝑑𝑧 𝑐𝑝,𝑙𝑢𝑐ℎ𝑡
3
2022-2023
, - Dry adiabatic lapse rate DALR, voor droge lucht (𝑐𝑝,𝑙𝑢𝑐ℎ𝑡 = 1006 J/kg/K)
𝑑𝑇 𝐾
• = −0,00975 = −Γ
𝑑𝑧 𝑚
➔ Per km T daling van 10°C (geldt zeker voor eerste 20 km)
➔ 𝑇 = 𝑇0 − Γz
- Saturated adiabatic lapse rate SALR, waterdamp in lucht
• Als Lucht T° < dauwpunt van de waterdamp
➔ Luchtdamp koelt af bij stijging in atm, condenseert
➔ Latente warmte komt vrij
➔ Snelheid afkoelen wordt vertraagt
𝑑𝑇 𝐾
• = −6 à 7 = −Γsat
𝑑𝑧 𝑘𝑚
1.4.3. Ambient (omgevings) lapse rate
- ELR = environmental lapse rate
• Werkelijke temperatuursverloop, gemeten met weerballon
1.4.3.1. Coning (neutraal)
- Enkel een externe kracht zorgt voor een verplaatsing
• Luchtpakket A zal stijgen
➔ Daalt in temperatuur naar B (volgens DALR)
• DALR en ELR volgen elkaar zeer nauw
➔ Omliggende lucht zal evenveel afkoelen
➔ Geen verandering tussen pakket en omgeving
➔ Pakketjes kunnen alle kanten opgaan
- Bij winderige of bewolkte dagen
• Geen sterke opwarming of afkoeling van het aardoppervlak
1.4.3.2. Looping (onstabiel)
- Pakket van A naar B, omgeving is kouder dus blijft verplaatsen
• Luchtpakket A zal stijgen, daalt in temperatuur naar B (volgens DALR)
➔ Omgevingstemperatuur (C) is altijd kouder dan B
➔ Luchtpakketje is warmer dus blijft stijgen
- Bij zeer zonnige dagen en weinig wind, onderste luchtlaag aan opp warmt sterk op
• Luchtpakketjes stijgen (warm gas is minder dens)
• Densiteit is lager dan omliggende pakketjes dus blijven stijgen
4
2022-2023
The benefits of buying summaries with Stuvia:
Guaranteed quality through customer reviews
Stuvia customers have reviewed more than 700,000 summaries. This how you know that you are buying the best documents.
Quick and easy check-out
You can quickly pay through credit card or Stuvia-credit for the summaries. There is no membership needed.
Focus on what matters
Your fellow students write the study notes themselves, which is why the documents are always reliable and up-to-date. This ensures you quickly get to the core!
Frequently asked questions
What do I get when I buy this document?
You get a PDF, available immediately after your purchase. The purchased document is accessible anytime, anywhere and indefinitely through your profile.
Satisfaction guarantee: how does it work?
Our satisfaction guarantee ensures that you always find a study document that suits you well. You fill out a form, and our customer service team takes care of the rest.
Who am I buying these notes from?
Stuvia is a marketplace, so you are not buying this document from us, but from seller julietvanhaudt. Stuvia facilitates payment to the seller.
Will I be stuck with a subscription?
No, you only buy these notes for $7.08. You're not tied to anything after your purchase.
Can Stuvia be trusted?
4.6 stars on Google & Trustpilot (+1000 reviews)
75323 documents were sold in the last 30 days
Founded in 2010, the go-to place to buy study notes for 14 years now