污染物擴散及控制的案例
污染物擴散預測預警——河流污染物擴散數值仿真
污染物擴散預測預警
CFD（Computational Fluid Dynamics，計算流體動力學）是一種通過數值計算方法模擬流體流動、傳熱、傳質等物理過程的工程技術。在污染物擴散的仿真中，通常會利用CFD方法模擬空氣或水中的流動，同時考慮污染物的排放、擴散、沉降等過程。通過CFD仿真，可以得到污染物在空間和時間上的分布情況，從而為預測預警提供數據支撐。這包括污染物的濃度分布、擴散范圍、傳輸路徑等方面的信息，這些信息對于預測預警是非常重要的。
例如，在空氣污染物的擴散模擬中，通過CFD仿真得到不同高度和距離的污染物濃度分布。這可以幫助預測不同區域的空氣質量，從而為決策者提供數據支撐，制定合理的污染控制措施；在水質預報中，可以模擬水體中的流動和污染物傳輸。通過模擬結果，預測未來水質的變化趨勢，為水資源的保護和管理提供數據支持。
具體步驟
1.建立模型：使用適合河流污染物擴散的模型，例如對流-擴散模型或水動力-水質模型等。這些模型會考慮河流中的水流、污染物擴散、化學反應等物理和化學過程。
2.輸入參數：根據實際情況，確定模型所需的參數，例如河流的水流速度、流量、污染物排放量、初始濃度等。
3.數值模擬：利用計算機程序對模型進行數值求解，得到污染物在時間和空間上的分布情況。
4.結果分析：根據模擬結果，分析污染物的擴散趨勢、影響范圍、濃度分布等。
5.預測預警：根據模擬結果，對未來污染物擴散情況進行預測，并制定相應的預警方案。
【計算軟件】OpenFOAM開源平臺
【仿真平臺】自建高性能計算集群
【算例說明】通過CFD數值仿真，可得到污染物擴散的時空分布，為預測預警提供數據支撐
【工程應用】污染物預測預警、水質預報等
【創新貢獻】自動化計算流程+計算參數優化
！！
展開 污染物擴散仿真軟件
為了滿足我國大氣擴散與環境保護的需求,將計算流體力學(Computational Fluid Dynamics,CFD)的理論用于研究污染物擴散分析中的實際工程問題，具有重要的工程價值和社會意義。
二、軟件介紹
針對污染物擴散問題的工程特點，軟件集前處理器、求解器、后處理器于一身，大大降低了軟件使用的門檻，用戶僅僅需要通過簡單的操作，便可完成建模、求解、結果分析，大大提高了工程師的工作效率。
2.1 幾何建模
軟件內建了基本實體、地形、任意多面棱柱體等場用的幾何模型，僅僅需要指定模型的基本參數，軟件就可以完成模型的構建與渲染。
2.2 生成網格
依據有限體積法(Finite Volume Method,FVM)的原理，采用正交網格可以最大程度的減少界面插值引起的數值誤差，軟件可以生成六面體占優的計算網格。網格生成的原理是：采用正六面體單元生成背景網格，然后給句網格參數與建立的幾何模型(幾何模型可以由外部導入，也可以利用軟件內建的工具生成)迭代切分成最終的計算網格。目前，軟件支持自動化的非均勻網格，同時可以方便地生成邊界層網格。
2.2求解器
針對所研究問題的特殊性，軟件求解器分成內流、外流兩大模塊，內流可以求解速度、壓力、溫度等變量；外流除了可以求解速度、壓力、溫度以外，還可以求解空氣齡、SO2、NOX、PM2.5等流動變量。同時軟件提供了粒子追蹤模塊，可以方便輸入計算條件，方便研究工程中顆粒物的遷移演化過程。
2.3 后處理器
軟件提供了方便、快捷的后處理模塊，可以快速地讀入計算結果，可以以不同的方式查看計算結果，自動生成計算報告，提高了用戶工作效率。
展開 結合MapGIS進行污染物擴散分析
地理信息系統（GIS）是用于存儲和處理與地理空間分布相關信息的集合。由于GIS具有獨特的混和數據結構和地理分析功能，在各行業的應用也越來越廣泛。GIS平臺包括商業化和開源兩種，常用的開源GIS平臺如ArcGis、SuperMap等功能強大，效率很不錯，但畢竟是商業化的。MapWinGis在開源GIS項目中的效率是相當不錯的，本文主要對其進行介紹。
MapWInGis的開發語言是VC，基于微軟的COM思想編寫，為開發人員提供了一個名為MapWInGis的ActiveX控件。開發人員可以利用這個控件在自己的系統中添加GIS的各種功能，包括：地圖的顯示，圖層上點、線以及圖像的繪制，測量長度面積，存取數據的一系列的工作。功能十分豐富，可以滿足絕大部分的用戶需求。
下面對基于MapWinGis開發的一般步驟進行介紹。
一、 確定map coordinate system和projection
無論將要編寫何種類型的GIS應用，關于map coordinate system以及projection的選擇都是第一位的。MapWinGis提供了以下的一些選項。
手動設置時MapWinGis提供了多種導入形式，包括EPSG、proj4等，對于不同格式的projection的具體信息可以至www.spatialreference.org查詢；
選擇從數據中獲取時，MapWInGis提供了GrabProjectionFromData方法，此方法默認為true，若沒有為應用指定projection，那么在導入第一個帶有prj信息的數據時會自動將其設定為此應用的projection，此時導入不同的projection的數據時，MapWinGis會發出警告；
也可以選擇完全不使用projection，此時數據不存在地理位置信息
展開 Delft3D對污染物的擴散輸運計算
Delft3D對污染物的擴散輸運計算.pdf
ANSYS建筑專欄：風工程及污染物擴散
評價結構的風荷載負載是最通常的應用，而使用仿真軟件能夠帶給設計者更多模型信息，包括在新建筑的出現對已有建筑的影響，局部流場的改變，可能會出現的竄風對行人的舒適性造成的影響，對污染物擴散的分析，也可以對一些重工業工廠的選址問題，污染物排放塔高度可能會對居民區的影響進行分析。
ANSYS軟件在各種各樣的結構上都能夠勝任這些分析。ANSYS的工具在提供常規權威和重要的環境沖擊信息時，給工程師更好的對結構的氣動特性理解，尤其對于那些超出了常規的設計規格的建筑。
因為ANSYS 的分析提供了高效而且快速的多種選項，通過仿真降低了缺陷建筑的風險，增加了項目在預算內按時完工的可能性，同時滿足所有合規性要求。
展開 【環境仿真專題第四講】使用Code_Saturne模擬化學污染物在復雜建筑環境下的大氣擴散
本周還是圍繞環境污染問題
帶來環境仿真專題的第四個案例
圖文詳解 仿真思路更清晰
一起來學習吧
評估污染物通過復雜地形（如山地上和城市中的高樓大廈之間）的擴散對環境造成的影響，可以將這類污染的影響降至最低。
《環境仿真專題》第四講
使用Code_Saturne模擬化學污染物在復雜建筑環境下的大氣擴散
01
研究背景
城市區域建筑林立，地形復雜，如果出現大規模化學品泄漏，將會在近地面處形成重氣云團，這是因為化學品分子量較大的原因導致的。其隨流場擴散的行為受到諸多因素影響，因此需要有效的手段對城市區域內高分子量物質的擴散進行預測以評估潛在的安全風險，并制定相關的緊急響應手段。
JackRabbit II（JRII）實驗場地和裝置
實驗手段是常見的研究方式之一， 美國的Jack Rabbit II（JRII）實驗就是通過在人工建造的模擬城市環境內釋放高壓液化氯，以研究城市環境下高分子量物質的擴散行為。然而進行該實驗需求的成本過大，時間過長，規模有限，因此如果可以使用CFD手段快速模擬化學污染物在不同城市布局下的不同位置、不同風向等等多種情況下的泄漏情況，將大大減少相關成本，從而獲得更全面和更多樣的數據信息。
展開 污染的基礎知識以及污染的三大來源（轉自液壓傳動與控制）
注：本文參考Parker過濾相關知識
污染基本知識
流體傳動系統流體的主要功用是什么?
1. 作為能量傳遞介質
2.潤滑相互運動元件
3.作為熱傳導介質
4.運動部件之間的密封
系統流體的污染可能導致系統元件和系統本身發生故障
有多少的系統故障是因為流體污染造成的呢?
系統流體污染所產生的主要危害
孔口堵塞
元件磨損
氧化
形成化合物
損耗添加劑
產生微生物
危害造成的結果
生產停機
更換元件
頻繁的流體更換
增加流體處理成本
增加維護成本
加速污染
污染顆粒的大小
1微米=1/1,000毫米=1/1,000,000米
符號是：μm
大部分的系統污染是通過不適當的油箱呼吸器和不良的缸密封侵入造成的.
污染物的類型
1. 固體顆粒
2. 水
3. 空氣
可能的后果.....
線圈損毀
缸密封泄漏
閥芯有噪音
所有這些都是有顆粒污染的信號!
顆粒污染產生危害的機理
污染的來源
未充分清洗的機加工零件
呼吸器從外部吸入的污染物
未過濾的新油
已磨損的系統元件產生的更多污染.
展開 液壓系統油液污染度等級標準及污染控制（轉自液壓那些事）
7.液壓系統污染的控制
⑴對新油的污染控制
通過檢驗發現，未經過濾凈化的新油其污染度往往超過規定的要求。因此，對新油的污染控制必須采取有效的管理措施。液壓油購進后，對其清潔度和主要理化性能應進行檢測。對清潔度不符合要求的新油，在使用前必須進行過濾凈化。
⑵液壓系統的污染控制
①減少系統殘留的污染物
裝配液壓系統前要認真清洗元件和管路，在投入使用前，必須對系統進行循環沖洗，徹底清除系統中殘留的雜質。
②防止污染物侵入系統
油箱要合理密封并加裝空氣濾清器以防止污垢通過油箱侵入系統，加油時必須按規定進行過濾，在維修時要嚴格執行清潔操作規程。
③清除系統中污染物
正確選擇、使用和維護過濾器，根據使用情況定期檢查、清洗或者更換濾芯，定期清理油箱。
④控制新生污染物
嚴格執行工作油液使用、維護規程，特別要注意控制系統的溫升。
點
展開 焦爐煙氣污染物如何達標？
目前，我國的焦炭產能居世界首位，達6.8億噸，占全球產能的70%以上，焦化行業屬于典型的重污染行業，為了改善焦化行業的污染問題，本文通過分析研究焦爐煙氣污染物排放的控制措施，對降低焦爐煙氣污染物排放率，提高焦爐煙氣污染物排放達標率做簡要闡述。
一、焦爐煙氣中污染物的種類
在目前的冶金行業中，焦爐是造成大氣污染最嚴重的設備之一。我國大多數焦爐使用的是焦爐煤氣加熱方式，其煙囪會排放大量的污染物，其成分復雜，主要含有氮氧化物（NOX）、二氧化硫（SO2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、硫化氫（H2S）、氰化氫（HCN）、殘氨、酚以及煤塵、焦油等。
面對日益嚴峻的環保壓力，近年來我國對環境污染問題越來越重視，對煙氣排放和節能降耗的要求越來越嚴格，特別是《煉焦化學工業污染物排放標準》( GB16171—2012) 的頒布實施，第一次將焦爐排放的NOX列為我國焦化企業大氣污染物排放的控制指標，并對顆粒物和二氧化硫的排放提出了更嚴格的要求，要求所有企業在2015年1月1日之后，焦爐煙囪排放二氧化硫小于50mg/m3，NOX小于500mg/m3（機焦），顆粒物小于50mg/m3。此排放標準的出臺不僅有效減少了焦爐污染物的排放，也有力地推動了煉焦生產工藝和污染治理技術的研發。
由于在《煉焦化學工業污染物排放標準》( GB16171—2012）中明確規范了焦爐煙囪中二氧化硫、氮氧化物以及顆粒物的排放標準，因此，減少焦爐煙氣污染物排放的關鍵就在于加強對這三種污染物排放的控制。
展開 什么是道路交通污染物自動監控？
目前我國部分省市已開展城市交通路邊站的建設工作，但數量相對較少，且多數交通污染監測點位于市區主要代表路段，難以實現對港口、機場、重要交通物流通道等場所的全面監測。為掌握交通環境污染狀況和環境影響的需求，推動國家環境監測網全面建設和發展，國家陸續出臺了一系列政策文件。
政策解讀
生態環境部先后發布了《生態環境監測規劃綱要（2020-2035）》和《“十四五”全國細顆粒物與臭氧協同控制監測網絡能力建設方案》等政策文件，對交通站的建設提出了明確要求：
全面推進環境質量監測、污染源監測和生態狀況監測，系統提升生態環境監測現代化能力。 《綱要》指出，需要推動全國城市路邊交通空氣質量監測站點建設，在直轄市、省會城市、重點區域城市主要干道和國家高速公路沿線設立路邊站，開展PM2.5、氮氧化物、交通流量等指標監測。
點位布設數量要求
路邊站包括城市主要干道和國家高速公路。城市主干道指城市機動車年 平均日交通量超過 15000 輛（當量標準小汽車）的快速道路，各城市的城市 4 主干道和國家高速公路最少點位數量可參考表 1 的要求。建成區城市人口和 建成區面積確定的最少監測點位數不同時，取兩者中的較大值。由省級生態 環境部門統籌對途經重要自然保護區或城市建成區的國家高速公路開展監測， 需設置至少 1 個監測點。同時機場點、港口點，鐵路貨場點都是需要這方面的環境檢測。
展開 管道內固體污染物顆粒的沖蝕仿真 ￥500
用于輸送石油和天然氣之類流體的管道通常包含流動流體攜帶的固體污染物顆粒，例 如沙子。這些固體顆粒會撞擊管壁，使表面材料變形或剝離的過程稱為沖蝕。 除了管壁材料的物理損耗之外，固體顆粒的沖蝕可能會以其他更間接的方式損害管道。 例如，固體顆粒可能會損壞管道內的耐腐蝕層，還可能去除內表面的化學緩蝕劑，使 管壁中更易受腐蝕的材料暴露在外。這種協同效應通常由術語沖蝕 表示，它們可能導 致石油和天然氣管道加速退化，因此為此付出的代價極高。 管道沖蝕仿真對于設計、優化和診斷來說是強大且具成本效益的工具。本例計算帶有U型管道的沖蝕磨損率，沖蝕模型采用Finne模型，模擬結果展示如下：
感興趣的朋友，可下載模型源文件，進行交流。
展開 
【環境仿真專題第三講】基于Code_Saturne對生化污染在城區室內及室外環境下的擴散過程預測
火車站內部發生生化武器襲擊2分鐘/8分鐘/23分鐘后的生化污染物擴散情況
二、盛行南風，風速為3m/s
整個計算域的速度云圖與火車站內部的流線圖如下：
此時假設在火車站旅客入口處發生襲擊，釋放生化污染物5分鐘，可以觀察到生化污染物的擴散結果如下圖所示：
火車站旅客入口處發生生化武器襲擊2分鐘/8分鐘/23分鐘后的生化污染物擴散情況
假
設在火車站內部發生襲擊，釋放生化污染物5分鐘，可以觀察到生化污染物的擴散結果如下圖所示：
火車站內部發生生化武器襲擊2分鐘/8分鐘/23分鐘后的生化污染物擴散情況
可以看到，在兩種情況下生化污染物非常容易從火車站內擴散至外部，并且大部分污染物會在8分鐘內擴散至北部的醫院區域，在制定應急疏散策略時，需要對這一區域重點關注。
本案例計算中，還在重點關注區域設置了生化污染物濃度的監測點，以監控該地區在污染物釋放后的1小時內的污染物濃度變化情況。可以得出，在吹南風的情況下，車站內的污染物在流場的作用下很快的擴散至外界；而吹西風時，污染物很難被排出，火車站內的污染物濃度始終維持在一個較高的濃度。
上圖表示火車站內部監控點處的污染物濃度在火車站內部發生生化武器襲擊（藍色點）以及火車站旅客入口處（紅色點）兩種污染物釋放源位置情況下，污染物釋放后的1小時之內的變化情況。左側為盛行南風條件下的濃度變化情況，右側為盛行西風條件下的濃度變化情況。
展開 甲烷的貧燃預混燃燒及其污染物排放機理
關鍵詞：貧燃預混燃燒，NOX生成機理，高壓工況，熱輻射，熱損失
本案例主要介紹在高壓條件下,甲烷的貧燃預混燃燒火焰和NOX生成機理。考察在高壓條件下熱輻射對于溫度和NO生成的影響。由于其結構的簡單，預混火焰燃燒已經得到了大量的研究。在模擬計算時，為了減少溫度不穩定性對反應的影響，往往會通過實驗來獲得一個固定的溫度分布描述文件。當實驗無法獲得一個可靠地溫度分布時,我們就不得不忽略熱損失或者估計一個熱損失來求解能量方程。輻射模型具有一階精度，不需要通過測量來計算輻射熱損失。本案例采用熱輻射傳遞模型來計算煙氣在火焰及其火焰后方區域輻射到環境中的熱量損失。本案例假設能夠輻射的組分只有 CO2，H20，CO和CH4。各個組分的發射率采用溫度多項式的形式表示，寫在熱力學文件中。在NOX反應機理中也包含這一部分。
主要操作步驟如下，首先建立反應器模型，如圖一所示。搭建模型后對選擇的機理進行預處理，預處理過程中會排除掉反應機理中的相關格式錯誤。
圖1 反應器模型搭建
圖2 機理預處理
反應器界面設置如圖3所示，為了研究高壓過程，因此將初始壓力設置為符合高壓的初始條件。
圖3 反應器設置
按照實驗條件設置入口邊界條件，同時按照化學計量比設置混合燃料的工況，計算結束后通過chemkin自帶的后處理程序進行作圖，結果如圖4所示，計算結果包括了溫度、氮氧化物生成情況
（a） 溫度變化
（b） NO生成曲線
（c） NOX生成曲線
通過研究含氮氧化物的機理，對碳氫燃料的燃燒研究更有實際意義，對碳氫燃料的應用具有深遠影響。
歡迎通過公眾號"320科技工作室"聯系我們
展開 車載空氣質量傳感器檢測車內空氣污染物VOC
我國也于2012年3月開始正式實施《乘用車內空氣質量評價指南》，目前實施的《乘用車內空氣質量評價指南》明確規定了車內空氣中有關苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、甲醛、乙醛、**8種常見的車內揮發性有機物濃度的限值。
解決車內空氣污染問題，營造一個健康的車內環境，既是消費者對車內空氣更清潔、更安全、更健康的迫切需求，也是整個汽車行業義不容辭的責任。為增加汽車舒適性，汽車企業也在不斷改進汽車內飾設計，采用更多的新技術、新材料、新工藝，從源頭上減少污染物的產生。
另一方面，通風是車內外空氣交換的過程，對污染物的動態傳輸具有重要影響，通風時的空氣氣流速率和空氣交換率是影響車內污染物濃度水平的關鍵因素。研究發現，早晚高峰期，車外污染較為嚴重，在車窗關閉的情況下開啟風扇并使用車內再循環系統，可顯著減少有害顆粒物的吸入率，污染暴露下降約80%。而在外界空氣質量較好時，保持良好的通風是降低車內污染物濃度的有效方法。
如何建立完善的車內空氣質量管控體系，保障健康、環保的車內環境？車載空氣質量傳感器為汽車廠商們提供了很好的解決方案。目前工采網推薦一款車內
空氣質量傳感器TGS2602來測試車內的空氣污染程度，來告訴車主車內的VOC氣體的濃度，從而提示進行開窗通風來降低車內的污染氣體的含量更好的保護人的身體健康。
空氣質量傳感器（甲醛傳感器）TGS2602特點：
* 對VOC與氣味有高靈敏度
* 低功耗
* 對污染空氣有高靈敏度
* 使用壽命長
* 應用電路簡單
* 體積小
空氣質量傳感器（甲醛傳感器）TGS2602應用：
* 空氣清新機控制
* 通風控制
* 空氣質量監測
* VOC監視器
* 氣味監視器
展開 PID光離子傳感器用于土壤及地下水揮發性污染物檢測
隨著工業化進程的不斷發展，大量的有機污染物被排放到環境中，對人類健康和生態環境造成了極大的危害。其中揮發性有機物的危害越來越受到人類的重視，成為當前研究的熱點之一。揮發性有機物有“三致”效應，能通過呼吸道，皮膚和飲食等方式進入人體，達到一定限值時，人體就會產生不適感，嚴重時會導致中毒，甚至死亡。2005年4月~2013年12月，我國開展了全國土壤污染狀況調查。調查結果不容樂觀，除了傳統的無機物污染外，有機物污染也給我們敲響了警鐘。尤其是在工業廢棄地以及工業園區附近，有機物污染更為嚴重，對周邊環境產生了極大威脅。在場地修復的過程中，建立可靠的揮發性有機物的分析方法是十分有必要的。
而揮發性有機物傳統的分析方法通常是取樣帶回實驗室后，通過頂空氣提或熱脫附，再由氣相色譜儀進行檢測。雖然這種方法準確性較高，但是在應對緊急事故時不夠快速，達不到污染現場快速檢測的要求。目前，PID光離子傳感器單獨應用在土壤揮發性有機物的檢測中的文獻較少，可能是由于PID光離子傳感器單獨使用時，缺乏對揮發性有機物種類的識別能力，并且易受空氣中水分干擾。對此，我們對文獻中的數據進行收集分析，認為將PID光離子傳感器單獨應用于土壤以及地下水揮發性有機物是完全可行的，這對完善土壤中揮發性有機物現場應急監測手段，建立土壤以及地下水中揮發性有機污染物現場快速監測標準方法具有借鑒意義。
一、光離子化技術簡介
光離子化技術就是利用光電離檢測器（photoionization Detector，PID）來電離和檢測特定的易揮發有機化合物（volatile organic compounds，VOC）。PID具有很高的靈敏度，通過高能紫外光，使空氣中大部分的有機物和部分無機物發生電離，故光電離檢測器可以檢測那些氣體電離能比紫外光源輻射能量低的氣體。
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