Transzport folyamatok felszíni vizekben

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Transzport folyamatok felszíni vizekben"

Barnabás Katona
6 évvel ezelőtt
Látták:

1 Transzport folamatok felszíni izekben

2 TRANSZPORT FOLYAMATOK Szennezőanag sorsa a felszíni izekben Szűk értelmezés: csak a fizikai folamatok íz szerepe Tág értelmezés: kémiai, biokémiai, fizikai folamatok is szerepelnek Alkalmazási területek felszíni izeknél: Vízminőségi áltozások számítása a kibocsátások hatására koncentráció áltozása, határérték megfelelés Keeredés térbeli léptéke partok elérése, teljes elkeeredés, szennízbeezetések helének terezése Monitoring terezés mintaételi helek kijelölése, keeredési zónák meghatározása Haária esemének modellezése szennezőanaghullám leonulásfolón - earl warning - előrejelzés

3 Az Inn, a una és az Ilz összefolása Passau-nál Forrás: Hidraulika II., BME Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék

5 Szennezőanag csóa a Rajnán Forrás: Hidraulika II., BME Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék

una ízminőségének áltozása Szobnál 001-003

Jobbpart Sodoronal 001. jan. 001. jún. 001. no.

6 una ízminőségének áltozása Szobnál KOI mg/l Balpart Jobbpart Sodoronal 001. jan jún no. 00. ápr. 00. szept jan jún no.

7 Keeredési zóna kijelölése Jogszabáli előírás: 008/105/EC 10/010 VIII.18 VM rend. A keeredési zónában az EQS túllépés megengedett!

8 Keeredési zóna kijelölése Meghatározás: Áramlási iszonok befolásolják L = F B,, CIS útmutató: több lépéses izsgálat: - jelentős-e a terhelés? - egszerűsített számítás elkeeredés utáni koncentráció nöekmén az EQS %-ában - modell, 3 M [kg/s] c ma c ma Gakorlat: L = 10 B m, ag L =1 km B<100m, feltételeze, hog L < a íztest teljes hosszának 10%-a X 1

9 ANYAGMÉRLEG KI 1 ellenőrző felület BE V BE KI MEGVÁLTOZÁS FORRÁSOK ΔM Δt anagáram tározott tömeg

10 Anagmérleg foló, 1 dimenzió C, t koncentráció a keresztmetszet mentén állandó teljes elkeeredés Be: Ki: Megáltozás: Általános alakban : A c A c c d V C t F/N Speciális estek: ha Ct, t, Qt = áll. permanens állapot dc/dt = 0 ha F/N = 0 konzeratí anag oldott állapotban léő, reakcióba nem lépő szennező alós szennezők: leggakrabban nem konzeratíak, megjelenik a forrás és/ag nelőtag reakciók

11 ÁLTALÁNOS TRANSZPORTEGYENLET Alkalmazási feltételek: A szennezőanagbeezetés az alapáramláshoz iszoníta nem idéz elő számotteő sebességkülönbséget, A szennezőanag és a befogadó sűrűségkülönbsége kicsi, Konzeratí anag IFFÚZIÓ KONVEKCIÓ adekció

12 IFFÚZIÓ: FICK TÖRVÉNY c 1 c - c 1 c szeparált tartálok - csapot kinitjuk - kiegenlítődés Brown-mozgás - hőmérsékletfüggés FLUXUS fajlagos anagáram egségni merőleges felületen át, időegség alatt ~ c c Δ 1 F - molekuláris diffúzió ténezője [m /s] dc g F d m s

13 ANYAGMÉRLEG BE: kon +diff dz KI: kon + diff d d irán BE KI MEGVÁLTOZÁS: Konekció: c d dz iffúzió: c d dz c d dz c d ddz c ddz c dddz d d dz c t

14 ANYAGMÉRLEG BE: kon +diff dz KI: kon + diff d d irán cddz c c d ddz c ddz c c d ddz dddz c t V

15 Anagmérleg-egenlet konekció-diffúzió 1, irán c t c c 0 Konekció iffúzió Konekció: átheleződés iffúzió: szétterülés Ha = const. iránban c t c c 0 konekció - diffúzió 1 egenlete A többi irán esete teljesen hasonló

16 Három dimenzióban 3:,, z iránok c c t Konekció: iffúzió: c zc z c c c z az áramlási sebességtől függően az eltérő koncentráció értékkel jellemzett részecskék egmáshoz iszoníta különböző mértékben mozdulnak el. a szomszédos ízrészecskék egmással aló lassú elkeeredése, koncentráció kiegenlítődéshez ezet. a molekuláris diffúziós ténező anagjellemző, izotróp, ízre 10-4 cm /s Kiterjesztése: turbulens diffúzió és diszperzió azonos alakú egenlettel, csak értelmezése lesz más, időben és térben integrálunk 0

17 TURBULENS IFFÚZIÓ ' c ' c t t, t, tz >> turbulens diffúzió felhő molekuláris diffúzió

18 0 z c z c c z c c c t c z z 3 transzport egenlet turbulens áramlásban: = + t, = + t, z = + tz Konekció: átlagsebesség T és a pulzációk hatása, utóbbi a diffúziós tagban jelenik meg! Turbulens diffúzió - Sebesség életlenszerű ingadozásai pulzációk - Matematikailag diffúziós folamatként kezelendő - Hel- és iránfüggő nem homogén, anizotróp - Turbulenciakutatás és empirikus összefüggések

ISZPERZIÓ A térbeli egnlőtlenségekből adódó konektí transzport az átlaghoz képest előresiető, isszamaradó részecskék * = + t + d - Csak és 1 egenletekben létezik argumentum: pl.

19 ISZPERZIÓ A térbeli egnlőtlenségekből adódó konektí transzport az átlaghoz képest előresiető, isszamaradó részecskék * = + t + d - Csak és 1 egenletekben létezik argumentum: pl. hc - iszperziós ténező: a sebességtér függéne - Víz és légkör kanarok, esés, stabilitás, inerzió stb. - Minél nagobb az átlagolandó felület, annál nagobb az értéke - eset: *, * >> - 1 eset: ** >> * - Lamináris áramlásban is létezik! ~ ~

20 0 * * C H C H C H C H t HC transzport egenlet turbulens áramlásban koncentr. H menti átlag: - *, * egenlet turbulens diszperziós ténezői Talor - Mélség mentén ett átlag H 0 * * C A C A dt AC 1 transzport egenlet turbulens áramlásban A menti átlag: - ** 1 egenlet turbulens diszperziós ténezője - Keresztszelén területre onatkoztatott átlag A

21 NAGYSÁGRENEK Hosszir. diszperzió 1 Hosszir. diszperzió Keresztir. diszperzió Vízsz. ir. turbulens diff. Molek. diff. pórusíz Taak Függ. ir. turbulens diff. Mél réteg Felszíni réteg cm /s

22 iszperziós ténező meghatározása: nomjelzős mérések Mérés nomjelző anaggal pl. festék, lassan bomló izotóp Inerz számítási feladat a mért koncentráció-értékekből

23 iszperziós ténezők becslése empíriák Keresztiránú diszperziós ténező Fischer: * = d u * R m /s d dimenzió nélküli konstans, egenes, szabálos csatorna d 0.15, enhén kanargós meder d kanargós, tagolt meder d > u* - fenékcsúsztató sebesség, u* = gri 0.5 R hidraulikai sugár terület/kerület; I esés - Hossziránú diszperziós ténező: d 6

TRANSZPORTEGYENLET ANALITIKUS MEGOLÁSAI Alkalmazás: Szennezőanagok permanens elkeeredése Szennezőanag-hullám leonulása Fő lépések: Medergeometria, sebesség, ízmélség mérés, számítás

24 TRANSZPORTEGYENLET ANALITIKUS MEGOLÁSAI Alkalmazás: Szennezőanagok permanens elkeeredése Szennezőanag-hullám leonulása Fő lépések: Medergeometria, sebesség, ízmélség mérés, számítás iszperziós ténezők, 1 Analitikus megoldások csak egszerűbb esetekben ezethetőek le közelítő számítások Pontosabb számítások mérések alapján, numerikus módszerekkel kalibrálás, igazolás

25 h c t PERMANENS ELKEVEREÉS Időben állandósult szennezőanag-emisszió Permanens kisízi ízhozam Állandó sebesség, ízmélség és diszperziós ténezők -egenlet, mélség menti áltozás elhanagolása sekél foló h c h c c c h h Konekció átheleződik c c iszperzió szétterül Kezdeti feltétel: M 0 0, 0 - emisszió Peremfeltétel: c/ = 0 a partnál

26 s Sodoronali beezetés Hossziránban: -½ függén szerint Keresztiránban: Gauss normál - eloszlás M [g/s] c ma c ma 4 ep h M c, P ep 1 s s m f P

27 Sodoronali beezetés M C 1, B cs L1 1 B B cs : 0.1 c ma -nál cs 4. 3 B cs. 15 csóaszélesség s B B cs L B első elkeeredési táolság part elérése

28 Parti beezetés M C 1, C, h M P 1 ep 4 c ma Part elérése: B cs. 15 L B

29 Partközeli beezetés általános alak M 0 C 1, 1 c h M P ep ep c ma 0 = 0 parti 0 = B/ sodoronali

30 Partélek figelembeétele teljes folószakasz M 1 ** Peremfeltétel: tükrözési el alkalmazása C M 1 B M1 B B B C tükr = C M 1 + C M 1* M 1 * C M 1*

31 Partélek figelembeétele teljes folószakasz Matematikai leírás: égtelen sor megjelenése A parttól 0 táolságra léő beezetés esetén: c h M P n= n= ep nb ep nb 4 Teljes elkeeredés: a koncentráció keresztszelén menti áltozása 10 %-nál kisebb L ~ 3L 1 második elkeeredési táolság

32 Több szennezőforrás esete C 1 M 1 C = C 1 + C M C Több beezetési pont ag diffúzor sor: szuperpozíció ele Elkülönített számítás minden eges beezetési pontra majd összegzés

33 Lökésszerű terhelés szennezés hullám 1-esetben kesken és sekél folók C t C C C G ep A P t 4 t t G 0, 0 szennező tömege

34 Lökésszerű terhelés C C t 1, C t, L c1 L c 1 = t 1 = t C ma G Eg rögzített pillanatban / A t P L 4. 3 c s s t

35 CIANI mg/l 6 IFFÚZIÓS HULLÁM febr.03 febr.04 febr.05 febr.06 febr.07 febr.08 febr.09 febr.10 febr.11 febr.1 febr.13 Balsa számított Balsa mért Kisköre számított Kisköre mért Csongrád számított Csongrád mért Tápé számított Tápé mért

36 Lökésszerű terhelés G [g] 1 =t 1 B c L c C t,, 0 C t,, =t c 4 P ht c ma G ep 4 t t 4 t s t s t L 4. 3 c s B 4. 3 c s

37 1 4 1 ep 1 1 / 1 t i t t i t t i t A t M C n i i P Időben áltozó kibocsátás ] / [ s kg M i t t i=1 i=n iszkretizálás elemi egségekre közel konstans terheléssel majd szuperpozíció egmást köető lökésszerű terhelések G i ~ M i Δt t - i-1 Δt 0

38 TRANSZPORTEGYENLET NEM-KONZERVATÍV ANYAGOKRA Források és nelők annak az áramlási térben Kémiai, biokémiai, fizikai átalakulások történnek Nem konzeratí szennező: reakciókinetikai tag RC Figelembe étele lineáris közelítéssel történik: dc/dt = ± C, ahol a reakciókinetikai ténező rendszerint elsőrendű kinetika 1 egenlet ebben az esetben: A c A c ** A t c α c Több szennező egmásra hatása: C 1,C,.. C n számú egenlet!

Hasonló dokumentumok

Modellezési esettanulmányok. elosztott paraméterű és hibrid példa

Modellezési esettanulmányok. elosztott paraméterű és hibrid példa Modellezési esettanulmányok elosztott paraméterű és hibrid példa Hangos Katalin Számítástudomány Alkalmazása Tanszék Veszprémi Egyetem Haladó Folyamatmodellezés és modell analízis PhD kurzus p. 1/38 Tartalom