SZENNYEZÕANYAG-TERJEDÉS VIZSGÁLATA
Mérésvezetõ: Vad János, Kiss István
1. Bevezetés, célkitûzés
A környezetvédelem tárgykörének jelentõs szeletét adja a szennyezõanyagok légköri terjedése. A környezetvédelem fontosságának növekedésével fokozott szerephez jutnak azon számítási és kísérleti módszerek, melyekkel a légkörbe kibocsátott szennyezõanyagok terjedése elõre becsülhetõ illetve a terjedés befolyásolására vonatkozó intézkedések meghatározhatóak. Amennyiben a vizsgálandó terjedési problémában szerepet játszanak olyan elemek, melyek a levegõ áramlását jelentõsen befolyásolják - pl. magas épületek, domborzati elemek -, a számítási módszerek jelenlegi fejlettségi szintjükön általában nem adnak kellõen pontos eredményt. Ilyen esetekben szélcsatorna-kísérletekhez kell folyamodni, megfelelõ modellek felhasználásával. A jelenlegi mérés célja annak kísérleti vizsgálata, hogyan befolyásolják egy kéménybõl (pl. hõerõmû-kémény) kibocsátott szennyezõanyag terjedését a kémény környezetében elhelyezkedõ magas épületek, pl. az erõmû kiszolgáló épületei? Fontos kérdés továbbá, hogy hogyan terjed tovább a szennyezõanyag a kéménytõl távolabbi területekre? Ilyen jellegû, rendszerezett kísérletek révén meghatározható az erõmû épületeinek munkavédelmi szempontból elõnyös elrendezése, továbbá elõírható az erõmû megfelelõ telepítési helye, a környezõ települések veszélyeztetettségének elkerülése érdekében.
2. Az atmoszférikus határréteg, modell-kritériumok
A légkör azon rétegét, melyen belül a szennyezõanyag-terjedési folyamatok lezajlanak, atmoszférikus határrétegnek nevezzük. Az atmoszférikus határréteg a földfelszín érdességétõl függõen több száz m vastagságú is lehet. A modellezés egy olyan vizsgálati eljárás, amely során egy vizsgálandó jelenséget egy másikkal helyettesítünk. A modell az eredetihez hasonló jelenséget a hasonlóságelmélet által meghatározott feltételerk teljesülése esetén valósítja meg. Két jelenség (az egyik az eredeti, a másik a modell) hasonlóságát a leíró differenciálegyenletek és az ú.n. egyértelmûségi feltételek (kezdeti és peremfeltételek, értelmezési tartomány) dimenziótlanított formáinak azonossága biztosítja. A mérések során az atmoszférikus határréteget szélcsatornában modellezzük. A szélcsatornában elõállitott légmozgás iránya megfelel a vizsgált terjedési problémán belül uralkodó széliránynak. A jelenlegi méréseknél az atmoszférikus határréteg modellezése során az alábbi szempontokat emeljük ki: 1/ Geometriai hasonlóság. Minden hosszdimenziójú mennyiséget a hosszlépték szerint kell a modell méretére transzformálni. Pl. tegyük fel hogy a vizsgálandó valóságos esetben az atmoszférikus határréteg vastagsága 300 m és egy 100 m magasságú, 5 m átmérõjû kéménybõl távozó füst terjedését akarjuk vizsgálni. Ha a kémény-modell magasságául 100 mm-t választunk, a modellt 5 mm átmérõjûre kell készítenünk. 2/ A dimenziótlanított sebességprofilok azonossága: A/ A határréteg vastagsága valamely jellemzõ mérettel - pl. a kémény magasságával - dimenziótlanítva egyezzen meg a valóságos és a modell-kivitelnél. Pl. ha a valóságban a kémény magassága 100 m és a határréteg-vastagság 300 m, 100 mm magasságú kéménymodell esetén a szélcsatornában 300 mm vastagságú határréteget kell elõállítanunk. Ennek érdekében a szélcsatorna lapja fölött, a vizsgálati tér elõtt örvénygenerátorokat - tüskesort vagy rácsozatot - helyezünk el, melyek segítségével a határréteget a kísérletekhez szükséges mértékben megvastagítjuk. B/ A jellemzõ sebességértékkel -pl. a határréteg szélén mérhetõ sebességgel- dimenziótlanított sebességeloszlások legyenek azonosak.
3/ A Reynolds-számok azonossága.
E követelmény az esetek többségében nem elégíthetõ ki, hiszen ugyanazon viszkozitás mellett a modell-esetre igen nagy szélcsatorna-sebességek adódnának. Azonban szögletes, éles sarokkal rendelkezõ testek esetén az áramlási viszonyok a Reynolds-szám változásával csak igen kis mértékben változnak. Ezért a Reynolds-számok azonosságát a szélcsatorna-kísérletek során többnyire nem szükséges megkövetelni.
3. Mérési feladat
Épületek füstfáklya terjedésére gyakorolt hatásának vizsgálata.
A/ A szélcsatorna beindítása, az atmoszférikus határréteg szimulációja
B/ A létrehozott határréteg sebességprofiljának kimérése Prandtl-csõ valamint Betz manométer segítségével. Annak ellenõrzése, hogy az elõállított határréteg vastagsága többszöröse a rendelkezésre álló modell-kémény magasságának (vagyis a valóságos esetet a modell megfelelõen szimulálja) ahol , R=287 J/kgK, barométerrõl, T hõmérõrõl olvasható le.
C/ Épületmodell elhelyezése a kémény elõtt ill. mögött.
D/ Az áramlás láthatóvá tétele olajköd segítségével. 1. Olajköd kibocsátása a kéményen keresztül. Az effektív koncentráció-mérési tartomány becslése. 2. Olajköd kibocsátása fésûn. Az áramkép minõségi vizsgálata, elemzése, a szennyezõanyag-terjedést befolyásoló jellegzetességeinek megállapítása.
E/ A szennyezõanyag szimulációja propán-bután gázzal (a kéményen keresztül kibocsátva). Koncentráció-eloszlás mérése a kémény mögött, 2 különbözõ leáramlási síkban, fecskendõs mintavételezési rendszer és ELKON lángionizációs koncentráció-mérési mûszer segítségével. Ennek elvégzése a kémény elé és mögé elhelyezett épületmodellek esetén.
F/ A mérési eredmények kiértékelése. Az épületmodellek szennyezõanyag-terjedésre gyakorolt hatásának kimutatása.