论湍流通量垂直分布指数

论湍流通量垂直分布指数 1992年I1月酋霹军:论湍境通量垂直分布指敛-2l? 论湍流通量垂直分布指数 (;2f/4贡辉军 (爿E京市环境保护监树中心) 提要本文从理论上了辐射对稳定边界层湍流遏叠垂直分布影响,彝盘 n 垂塑穴.关键词边界层/湍流,通量/垂直分布蛙夏.力互:———————一——_,0———————’—,一\ 一 , 前,/首先考虑无辐射或等辐射边界层 ,即一,日IJ昌首先考虑无辐射或等辐射边界层,即 边界层的篮流结构直接决定了排放到大 墨生鲎垫丝曲芷邀皇坌查.至令,对边界层 湍流结构认识尚不统一,观测结果仍存在差 异.应用理论和数值方法研究了稳定边界层 内湍流量的垂直分布,但对湍流动置通置与 热通量垂直分布指数及口的取值范田硬 其约束条件仍有争议.Nieuws~adt(1984)IJ 分析Cabauw资辩获得>西Sorbjan (1989)’23表明口>J李兴生’”(1989) 进一步揭示了口和的关系,但没有给出 取值范圈.奉文着重讨论,之闻的约束 条件及其取值范围,同时考虑了辐射对湍流 通量垂直分布指教的影响. 二,理论分析 在水平均匀定常条件下,热力学方程 为J 一 +F–o(1) 其中FR是大气热辐射项.一般 Ft-一1(,OaFzT—afzt3,(2) 在(2)式中F}分别为向上和 向下的大气辐射.一W0为湍流热通量. FR=0,方程(1)写为 ;0 d正 由(3)式显然湍流热通置垂直分布与 高度无关,在整个稳定边界中为一常教.该 结论与边界层理论及观测不符.因此大气辐 射是稳定边界层蟛成的主要因子考虑无辐 射或等辐射稳定边界层是不行的,但对诸如 近地层的等辐射薄层是合理的. 其次,不失一般性,考虑辐射通置随高 度线性分布,F=Ft—FI=Co(1一), 其中C0为常数,方程(1)可写为t (4) 引人稳定边界层湍捷通置分布边界条 件I———— Z,0tt,W0一W0(5) Zh时.W0=0(6) 其中h为边界层高度. 对(4)式积分,并引人(5),(6)边 界条件有t 一 (t一)(7) ?22?电力环境保护第S卷董4期 这一结论与Nicuwsmdt(1984)的表 达式是一致的. 一 般地,辐射通量垂直分布偏离线性, 不妨给为F=do(I一鲁),d0仍为常数,.7P 为辐射通量垂直分布指数.同样改写(1) 式: =a.(I-)卜(8) 积分(8)式,引入(5),(6)边界条 件获得 而=而(卜)(9) 上式表明湍流热通量垂直分布指数与辐射通 量垂直分布指数是一致的.同时(9)式同 Sor~an(1986)的结论相吻合. 因此,(9)式是湍流热通盐垂直分布的 一 般形式,在边界层巾近地层内, z<<h,I一I.获得近地层的常值通量 n 层溉念.当=I时.(9)给出Nicuwstadt (1984)的结论,口=3时是Sorbjan (t989)由Minncsota资料获樽的. 在水平均匀定常条件下,湍流动虽通量 的垂直分布为: ….(I一)(10) 其中f一一[(uw)+(uw)】;,o近地 层湍流动量通量,为湍流动置通量垂直分 布指数. 就潴流通置垂直分布指教,李 生(1989)给出约束条件{ I. a一言+2】(II)Z 分折(II)武,=2是,大小改变.(z),T.(z)有限,则必然 f一;?0(2I) 显然,?罢?0(22) 1992年l1月贡霹军:论穗捷通量垂直分布指教.?23? =c(23, 粪8T?T .. (1-Z)一;z 一c(一Il(25, {(27)1? 【2>? (29) Caughey等(1979)分析 Minnesota边界层试验资料获得=3, a=2,该a,口值均大于或等于2,且有 口>,与(29)式的结论一致,Tokoyamau 等(1979)由Tokoyo附近的铁塔资辩给出 =I.5,I<<2,a,的大小范围符合 (22)式与((27)式,Nieuwstadt(1984) 从CabaUW铁塔资料表明口一I,I.5. 进组,值及其大小范围与关系满足本文 获得的结论,Lenschow等(1987)根据 sEAME飞机观铡资料得出口=I.5, =I.75,,口值落在(22),(27)和 (28)式的范围内.但除Caughey等 (1979)的,关系不满足(II)式外, 井它边界层试验获得的a,口值均符合 (II)式.Caughey等(1979)的,口值 与(II)式的差异原因可能在于(II)式是 在水平均匀,定常的理想条件获得的.李 生(1989)指出Caughey等(1979)获得 的资料是在边界层发展过程中观测得到的. 下图培出了边界屡试验获得的,口值与理 论分析给出的(I1)式比较. 釜 霉 一 曙 《 初量通量指数 踏拢逢量垂直分布指教关系田 较 比 测 现 , :: 三 ?? ? 24?电力环境保护第8卷第4期 四,结论 稳定边界层中,端流通量的垂直分布指 教依耪于大气辐射通量垂直分罐指教,大气 辐射是影响稳定边界层湍流结构的重要固 素.湍淀热通量垂直分布指数F与动量通 置垂直分布指数的大小受不等式? t ?0VJ柬,同时其大小符合:(卢+2)关系 式,口;2是两者大小改变的临界值. Nieuwstadt(1984),Sotbjan(1989) 的结论只是一种特殊情形,均有局限性. 参考文献 [I]Nieuwstadt.F.T.M.,Theturbulent Structureofthestablenoctgrnalboundary layer,J.Atmos.Sci..1984,Vo1.4l, 口2202—22I6. [23Sorbjan.ZOnsimilarityintheat? mosphericboundarylayer,Bound—Layer Meteor.,1986,Vo1.34,p33—397. [3]李兴生t稳定大气边界层的湍流结 构和相似律,气象,l989,Vo1.47, 13257-264. [4]Caughey.S,J,J.C.Wyngaardand J.C.Kaima1.Turbulenceintheevolvingsta? bleboundarylayer,J.Atmos.Sci.,l979, Vo1.36.Pl04l—l052. (5]Yamamoto.S.,0,Yokoyamaand M.Gamo.Observationalstudyontheturbu? lencestructureoftheatmosphericboundary layerunderstablecondition.J.Meteor,Soc, Japan.,l979,Vo1.57.p423—431. (63Lenschow,D.H..LiXingsheng. ZhuCuuuanandB.B.Stankov.Thestably stratifiedboundarylayetovertheGteat Plain,Partl:meanandturbulence structure.Bound-LayerMe~cor.,I988, Vo1.42.PI23-I35.燃油炉雾化试验台技术.1殳件的噎 雾嘴是用,8铬钼铅低质合盘制作的.雾化喷射角 70--75.,捷量密度分布取样接收距喷雾嘴4米. 过滤器出口压力0153MPa.19米处压力 O.32MPa.单支喷抢出力780公斤/小时. ‘对锅炉燃烧工况的影响. 经景垆捣鼓率旃试得出,焚烧法对燃烧工况, 热教事,炉曩出口温度锅炉尾郝鳢露点温度厦受 热面积灰,增加烟阻等方面均无I;响. 5.废液赞烧成本. 焚烧浩处理除固定设备外,每吨应液戒车费约 I5元.其中每吨皮液耗堞82.8公斤,耗电4.8千 瓦时.艳碱}瞳2.85公斤. 四,几点体会 1.在大型锅炉上用焚烧挂处理有机强.国内无 先倒.霰厂为此成立了专门斑子,对实施进行 了局密的分析研究.提出可行性意见.从奉次鹰}瞳 焚烧的叠过程来看.由于拄术准备和蛆觇准备比较 充分.尤其量保证了锅炉的安叠遗行.姑烧工况等方 面不受量耋响.田而使焚烧i兽工艺拇,上城利进行. 2.焚烧系境设施必须考虑完善一些.蕾烧点 的位置耍合适.赞烧量耍控鼋『【好,摄柞人员配备得 当,舞护管理削度要t垒.选才健保征燕烧正常进 行. 3.蕾烧前对鹰液的中和处理较为重要.我们 在焚烧第三她的疫洼时.因撞拌均匀性束满足要 琅.取样分析的代表性差.结果投用后雾化嘴拉腐 蚀,后经再加碱处理才恢复正常. 4.焚烧鹿}瞳中的杂质(如Fe2o|)太多时舍产 生雾化嘴磨损现象,园此对过滤器一定耍维护好. 应装两只过滤器互为备用,至少应装1殳使用外来永 的反冲洗系统.