Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

TRANSZPORTFOLYAMATOK TRANSZPORTFOLYAMATOK (ELKEVEREDÉS, SZENNYEZŐANYAGOK TERJEDÉSE) BME Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék ftp://vkkt.bme.hu.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "TRANSZPORTFOLYAMATOK TRANSZPORTFOLYAMATOK (ELKEVEREDÉS, SZENNYEZŐANYAGOK TERJEDÉSE) BME Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék ftp://vkkt.bme.hu."— Előadás másolata:

1 TRANSZPORTFOLYAMATOK TRANSZPORTFOLYAMATOK (ELKEVEREDÉS, SZENNYEZŐANYAGOK TERJEDÉSE) BME Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék ftp://vkkt.bme.hu

2 Duna vízminőségének változása Szobnál ( )

3

4

5 Tiszaújváros: AES Tisza II Hőerőmű

6

7

8 FÜSTCSÓVA ELKEVEREDÉS

9

10

11

12 © Koncsos L. ZALAVÍZ ELKEVEREDÉSE: 2 D TRANSZPORT

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24 Tiszaújváros: vízkivétel és melegvíz visszavezetés

25 Áramkép: a bevezetés módja, a folyó- és a hűtővíz aránya, a sebesség-, sűrűség- és impulzus viszonyok függvénye. A melegvíz L H távolságban veszi fel a folyó mozgás- állapotát („near field”). L HI távolságban a hőmér- sékletek kiegyenlítődnek a turbulens elkeveredés eredményeképpen a kereszt- szelvényben, végül L HJ távolságban bekövetkezik a visszahűlés („far field”).

26 Tisza: hőmérséklet eloszlás a melegvíz csóvában

27

28 A szennyezés terjedése a talajvízben

29 A Bioscreen területspecifikus input adatainak meghatározása  Yo1=8,5 m, Yo2=10,8 m, Yo3=7,7 m  Co1=0,45 mg/l, Co2=2,1 mg/l, Co3=4,1 mg/l  Lp=69,7 m  Forrászóna vastagsága a telített zónában=3 m  NAPL tömege= 2000 kg  Modellezet területszélessége= 99 m  Hosszúsága= 142 m

30 A modell futtatása 1D-ban a csóva középvonalára

31 A modell futtatása 2D-ban a biodegradáció elhanyagolásával

32 A modell futtatása 2D-ban a biodegradációt első rendű kinetikával jellemezve

33 A modell futtatása 2D-ban a biodegradációt a pillanatnyi reakció-modellel közelítve

34 2001. Talajvízben oldott TPH Budapest Rákosrendező pályaudvar

35 2006. Talajvízben oldott TPH Budapest Rákosrendező pályaudvar

36 Néhány megvalósítható alternatíva Lokalizáció Résfal építése Budapest Rákosrendező pályaudvar

37 Vízfolyás által drénezett terület meghatározása (Tilaj, 2004)

38 Az osztott paraméterű lefolyásmodell elvi felépítése

39 SAJÓ-HERNÁD VÍZGYŰJTŐ: felszíni lefolyás modellezése

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51 Definíciók TRANSZPORTFOLYAMATOK: TRANSZMISSZIÓT JELLEMZŐ FOLYAMATOK ÖSSZESSÉGE: - konvekció - diffúzió - ülepedés / felkeveredés - adszorpció / deszorpció - kémiai reakciók - biokémiai folyamatok VÍZ: SZÁLLÍTÓ KÖZEG(ÁRAMLÁSI FOLYAMATOK) KONZERVATÍV ÉS NEM-KONZERVATÍV TRANSZPORT

52 ÁLTALÁNOS TRANSZPORTEGYENLET Szennyezőanyag sorsa a felszíni vizekben Szűk értelmezés: csak a fizikai folyamatok (víz szerepe) Tág értelmezés: kémiai, biokémiai, fizikai folyamatok is szerepelnek Alkalmazás: Vízminőségi változások számítása az emisszió hatására (növekedés, csökkenés, határérték) Keveredés térbeli léptéke (térbeli különbözőségek, a partok elérése, teljes elkeveredés) Szennyvízbevezetések tervezése (sodorvonal, part, partközel vagy diffúzor-sor) Havária - események modellezése (szennyezőanyag- hullámok vagy időben változó emissziók hatásainak számítása, early warning - előrejelzés)

53 ISMERETLENEK ÉS EGYENLETEK (1) 1.Sebesség (3 komponens – v x, v y, v z ) - mozgásegyenlet 2.Nyomás vagy vízmélység (p, h) - kontinuitás 3.Koncentráció (c) – transzportegyenlet (konzervatív anyag?) 4.Sűrüség: ρ(c) – empirikus kapcsolat Elvileg 6 szimultán egyenletet kell megoldani! Elvileg 6 szimultán egyenletet kell megoldani! Gyakorlat: ρ ≠ ρ(c) Gyakorlat: ρ ≠ ρ(c) megoldása: áramlástan megoldása: áramlástan 3. megoldása: transzport 3. megoldása: transzport

54 ISMERETLENEK ÉS EGYENLETEK (2) „Near field” és „far field” szétválasztása (utóbbit a sebességkülönbségek eltűnése jellemzi) „Near field” és „far field” szétválasztása (utóbbit a sebességkülönbségek eltűnése jellemzi) A sebességtér és a nyomás számításból, becslésből vagy mérésből nyerhető A sebességtér és a nyomás számításból, becslésből vagy mérésből nyerhető A turbulens diffúzió tényezője ismeretlen: empíria, mérések, „inverz” feladat A turbulens diffúzió tényezője ismeretlen: empíria, mérések, „inverz” feladat Geometria és a perem származtatása fontos Geometria és a perem származtatása fontos Perem- és kezdeti feltételek Perem- és kezdeti feltételek

55 ANYAGMÉRLEG ellenőrző felület V BE (1) KI (2) anyagáram tározott tömeg

56 Ha a C koncentráció a keresztmetszet mentén állandó (teljes elkeveredés) ha C(t), Q 1 (t), Q 2 (t) = áll.  permanens állapot → dC/dt = 0 ha FORRÁSOK = O, konzervatív anyag (oldott állapotban lévő, reakcióba nem lépő szennyező) valós szennyezők: leggyakrabban nem konzervatív, megjelenik forrás és/vagy nyelőtag (reakciók) Speciális estek: Anyagmérleg

57 ÁLTALÁNOS TRANSZPORTEGYENLET DIFFÚZIÓ KONVEKCIÓ v Alkalmazási feltételek: A szennyezőanyagbevezetés az alapáramláshoz viszonyítva nem idéz elő számottevő sebességkülönbséget, A szennyezőanyag és a befogadó sűrűségkülönbsége kicsi, Konzervatív anyag

58 DIFFÚZIÓ: FICK TÖRVÉNY DIFFÚZIÓ: FICK TÖRVÉNY - c 1  c 2 szeparált tartályok - csapot kinyitjuk - kiegyenlítődés (Brown-mozgás) FLUXUS (fajlagos anyagáram) D - molekuláris diffúzió tényezője [m 2 /s] - hőmérsékletfüggés Egységnyi merőleges felületen át, időegység alatt c1c1 c2c2  xx  

59 dx dy dz ANYAGMÉRLEG BE: konv +diffKI: konv + diff x irány BEKI konvekció v x c dy dz megváltozás diffúzió

60 ANYAGMÉRLEG dx dy dz BE: konv +diffKI: konv + diff x irány

61 Konvekció Diffúzió konvekció - diffúzió 1D egyenlete Anyagmérleg-egyenlet (konvekció-diffúzió 1D) A többi irány esete teljesen hasonló Ha D(x) = const. x irányban Konvekció: áthelyeződés Diffúzió: szétterülés

62 DIFFÚZIÓS HULLÁM

63 Három dimenzióban (3D): x, y, z irányok D – a molekuláris diffúziós tényező (anyagjellemző, izotróp, víz cm 2 /s) Kiterjesztése: turbulens diffúzió és diszperzió (azonos alakú egyenlettel, csak D értelmezése lesz más és megjelenik h vagy A) Konvekció: az áramlási sebességtől függően az eltérő koncentráció értékkel jellemzett részecskék egymáshoz viszonyítva különböző mértékben mozdulnak el. Diffúzió: a szomszédos vízrészecskék egymással való (lassú) elkeveredése, koncentráció kiegyenlítődéshez vezet.

64 ÁRAMLÁSOK LAMINÁRIS: RÉTEGES, RENDEZETT TURBULENS: GOMOLYGÓ, RENDEZETLEN, VÉLETLEN a felületek érdessége (súrlódás), intenzív keveredést idéz elő t vv ’ eltérés, pulzáció T a turbulencia időléptéke 0  átlag

65 TRANSZPORT KONVEKCIÓ : vc [ kg/m 2 s ] HOGYAN ALAKUL TURBULENS ÁRAMLÁSBAN? 0 0 ?

66 TURBULENS DIFFÚZIÓ v turbulens diffúzió (“felhő”) molekuláris diffúzió D tx, D ty, D tz >> D

67 3D transzport egyenlet turbulens áramlásban: D x = D + D tx, D y = D + D ty, D z = D + D tz Konvekció: átlagsebesség (T) és a pulzációk hatása, utóbbi a diffúziós tagban jelenik meg! Turbulens diffúzió - Sebesség véletlenszerű ingadozásai (pulzációk) - Matematikailag diffúziós folyamatként kezelendő - Hely- és irányfüggő (nem homogén, anizotróp) - Turbulenciakutatás és empirikus összefüggések

68 DISZPERZIÓ DISZPERZIÓ Mélység menti átlagsebesség v O H A konvektív tag kifejtése után (vC): Mélység mentén integrálunk (3D  2D): diszperzió z x

69 DISZPERZIÓ DISZPERZIÓ A térbeli egynlőtlenségekből adódó konvektív transzport (az átlaghoz képest előresiető, visszamaradó részecskék) v D x * = D + D tx + D dx - Csak 2D és 1D egyenletekben létezik (argumentum: pl. (hv x c)) - Diszperziós tényező: a sebességtér függvénye - Víz és légkör (kanyarok, esés, stabilitás, inverzió stb.) - Minél nagyobb az átlagolandó felület, annál nagyobb az értéke - 2D eset: D x *, D y * >> D x - 1D eset: D x ** >> D x * - Lamináris áramlásban is létezik!

70 2D transzport egyenlet turbulens áramlásban (koncentr. H menti átlag): - D x *, D y * 2D egyenlet turbulens diszperziós tényezői (Taylor) - Mélység mentén vett átlag (H) 1D transzport egyenlet turbulens áramlásban ( A menti átlag): - D x ** 1D egyenlet turbulens diszperziós tényezője - Keresztszelvény területre vonatkoztatott átlag (A)

71 NAGYSÁGRENDEK cm 2 /s pórusvíz Molek. diff. Függ. ir. turbulens diff. Mély réteg Felszíni réteg Keresztir. diszperzió (2D) Hosszir. diszperzió (2D) Hosszir. diszperzió (1D) Vízsz. ir. turbulens diff. Tavak

72 Diszperziós tényező meghatározása: nyomjelzős mérések Mérés nyomjelző anyaggal (pl. festék, lassan bomló izotóp) Inverz számítási feladat a mért koncentráció-értékekből

73 Diszperziós tényezők becslése (empíriák) Keresztirányú diszperziós tényező (Fischer): D y * = d y u * R (m 2 /s) d y – dimenzió nélküli konstans, egyenes, szabályos csatorna d y  0.15, enyhén kanyargós meder d y  0.2 – 0.6 kanyargós, tagolt meder dy > 0.6 (1-2) u* - fenékcsúsztató sebesség, u* = (gRI) 0.5 R – hidraulikai sugár (terület/kerület); I esés (-) Hosszirányú diszperziós tényező: d x  6

74 TRANSZPORTEGYENLET ANALITIKUS MEGOLDÁSAI Szennyezőanyagok permanens elkeveredése Szennyezőanyag-hullám levonulása Medergeometria, sebesség, vízmélység (mérés, számítás) Diszperziós tényező(k) 2D, 1D Pontosabb számítások mérések alapján, numerikus módszerekkel (kalibrálás, igazolás) Analitikus megoldások csak egyszerűbb esetekben vezethetőek le közelítő számítások Fő lépések:

75          )()( )( cvh y cvh xt ch yx )()( y c Dh yx c Dh x yx            2 2 y c D x c v yx      PERMANENS ELKEVEREDÉS Időben állandósult szennyezőanyag-emisszió Permanens kisvízi vízhozam Állandó sebesség, vízmélység és diszperziós tényezők 2D-egyenlet, mélység menti változás elhanyagolása (sekély folyó) Konvekció áthelyeződik Diszperzió szétterül Kezdeti feltétel: M 0 (x 0, y 0 ) - emisszió Peremfeltétel:  c/  y = 0 a partnál

76 x y y v xD2  Sodorvonali bevezetés Hosszirányban: x -½ függvény szerint Keresztirányban: Gauss (normál) - eloszlás  M [kg/s] c max ) 4 exp( 2 2 xD yv xvDh M c (x, y) y x xy   

77 x y cs v xD B  B cs : 0.1 c max -nál  cs B csóvaszélesség B ~ B cs B D v xLxL y x  első elkeveredési távolság (part elérése)  M x L1 BbBb C (x 1, y) x1x1 Sodorvonali bevezetés

78 Parti bevezetés  M x y cs v xD B  B D v xLxL y x  ) 4 exp( 2 xD yv xvDh M C (x,y) y x xy    c max C (x 1, y) x1x1 Part elérése:

79  M Partközeli bevezetés (általános alak) ) 4 (exp ( xDyDy ( y-y 0 ) 2 -v xvD 2h M c x xy   c max )) 4 +exp ( xDyDy ( y+y 0 ) 2 -v x y0y0 C (x 1, y) x1x1 y 0 = 0 → parti y 0 = B/2 → sodorvonali

80 Partélek figyelembevétele (teljes folyószakasz) Peremfeltétel: tükrözési elv alkalmazása B B 2B  M1M1  M1*M1*  M 1 ** C (M 1 ) C (M 1 * ) C tükr = C (M 1 ) + C (M 1 * )

81 Teljes elkeveredés: a koncentráció keresztszelvény menti változása 10 %-nál kisebb L 2 ~ 3L 1 második elkeveredési távolság A parttól y 0 távolságra lévő bevezetés esetén: xvD2h M c xy ) 4 exp ( xDyDy ( y-y 0 +2nB) 2 -v x   ) 4 + exp ( xDyDy ( y+y 0 -2nB) 2 -v x ∑ n= ∞ n=− ∞ ( ) Matematikai leírás: végtelen sor megjelenése  Partélek figyelembevétele (teljes folyószakasz) +

82  M2M2 Több bevezetési pont vagy diffúzor sor: szuperpozíció elve Elkülönített számítás minden egyes bevezetési pontra majd összegzés  M1M1 C = C 1 + C 2 C2C2 C1C1 Több szennyezőforrás esete

83       )(cv xt c x )()( y c D yx c D x yx          SZENNYEZÉS HULLÁM (NEM-PERMANENS): Lökésszerű, havária-jellegű terhelések Időben erősen változó terhelések 2D-esetben

84 ) 44 )( exp( 4 22 tD y tD tvx DDht G c yx x xy     tD xx 2  tD yy 2   xc L3.4  yc B3.4  G [kg] c2 B L x 2 =vt 2 c max x 1 =vt 1 C (t 2, x, 0) C (t 2, x 2, y) Lökésszerű terhelés

85 1D-esetben (keskeny és sekély folyók)   CC    x v t C x 2 2 x C D x   2 ) 4 )( exp( 2 tD tvx tDA G C x x x    Lökésszerű terhelés G (x 0, y 0 ) – szennyező tömege

86 2tDA G C max x   Egy rögzített pillanatban (x/v x ) x C C (t 1,x) C (t 2,x)  xc L3.4  tD xx 2  x 1 = v x t 1 x 2 = v x t 2 L c1 L c2 Lökésszerű terhelés

87 A tiszai cianid szennyezés levonulása

88 ) ))1((4 )))1((( exp( ))1((( /1 titD titvx titDA tM C x x n i x i         Időben változó kibocsátás ]/[skgM i  t  t i=1 i=n Diszkretizálás elemi egységekre (közel konstans terheléssel) majd szuperpozíció (egymást követő lökésszerű terhelések) G i ~ M i · Δtt - (i-1) · Δt ≥ 0

89 TRANSZPORTEGYENLET NEM-KONZERVATÍV ANYAGOKRA Források és nyelők vannak az áramlási térben Kémiai, biokémiai, fizikai átalakulások történnek Nem konzervatív szennyező: reakciókinetikai tag (  R(C) ) Figyelembe vétele lineáris közelítéssel történik: dC/dt = ±  · C, ahol  a reakciókinetikai tényező (rendszerint elsőrendű kinetika) 1D egyenlet ebben az esetben: Több szennyező egymásra hatása: C 1,C 2,.. C n számú egyenlet!

90 ANYAGMÉRLEG EGY FOLYÓSZAKASZRA permanens eset: E(t)=const., Q(t)=const. → dC/dt = 0 ülepedésre képes szennyező 1 D: keresztmetszetben konstans (átlag C, v) B vsvs A ~ B · H [m 2 ]  H

91 Q (1)(2) A, B, H = áll. (prizmatikus meder) xx Q c(x) lineáris feltételezésel: KIÜLEPEDETT ANYAGMENNYISÉG: AvAv BE: KI: Anyagmérleg ülepedő anyagra

92  v vsvs Ha x = O C = C o Exponenciális csökkenés Anyagmérleg ülepedő anyagra

93 C O szennyvízbevezetés alatt C O meghatározása Q E=q·c, emisszió C h háttér koncentráció 1D - Teljes elkeveredés (két víz összekeverése) Növekmény: hígulási arány

94 A megoldás Átviteli tényező Hígulás Ülepedés Konzervatív anyag!!!


Letölteni ppt "TRANSZPORTFOLYAMATOK TRANSZPORTFOLYAMATOK (ELKEVEREDÉS, SZENNYEZŐANYAGOK TERJEDÉSE) BME Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék ftp://vkkt.bme.hu."

Hasonló előadás


Google Hirdetések