Vliv protiprašných sítí na dispersi pevných částic v blízkosti technologického celku (matematické modelování - předběžná zpráva) Byl sestaven zjednodušený matematický model pro dvojrozměrné (2D) simulace proudění vzduchu a dispersi částic v blízkosti dotyčného technologického celku. Výpočtová oblast představuje zjednodušený 2D řez budovou a lokálním terénem, který zachovává přibližné rozměry a nejvýznamnější prvky reálné geometrie daného problému. Celkem má výpočtová oblast rozměry 100x50 metrů. Byl studován vliv polopropustných stěn na lokální proudění a s tím související změny v dispersi hmotných částic. V této předběžné zprávě jsou shrnuty vybrané výsledky simulací provedených s těmito parametry (pokud není v konkrétním případě výslovně uvedeno jinak): • Rychlost větru 5m/s • Výška střechy 7m • Šířka střechy 10m • Polopropustná stěna – zavěšena od pravého okraje střechy až do výšky 1.5 metru nad zemí • Součinitel odporu polopropustné stěny D=1000 • Technologický blok 2x1m (neprostupný blok ve výšce 1m) • Zdroj pasivního znečištění 3x2m (0.5m od zařízení, polopropustný blok, D=100) Byl simulován vliv zavěšené polopropustné stěny na dispersi pevných hmotných částic o rozměrech 10, 50, 100 mikrometrů. Byl porovnáván stav bez zástěny a po její montáži. Kromě parametrů proudění (horizontální rychlost, vertikální rychlost, tlak) byla vypočítávána normalizovaná koncentrace pevných částic.
Výsledky 1) Vliv zástěny na proudové pole V původním stavu, tj. bez zástěny, prochází proud vzduchu nechráněným prostorem pod střechou. Vlivem obtékání překážek (bloku technologického zařízení) je ještě urychlován (viz Obr. 1). Navíc při tom prochází oblastí zdroje prachu a ten pak může dále volně unášet do otevřeného prostoru. V přítomnosti zástěny, která klade proudu výrazný odpor, je proud vzduchu nucen se zpomalit a odklonit od původního (horizontálního) směru (viz Obr. 2). Prostorem pod střechou, v blízkosti technologického bloku, tak prochází menší množství vzduchu. To už v počátku omezuje úlet prachových částic. Tyto navíc opouštějí prostor v přízemní vrstvě, kde mohou rychleji sedimentovat. To je mimo jiné podpořeno rozsáhlou zónou zpomaleného proudění vzduchu na závětrné straně přístřešku. 2) Vliv zástěny na koncentrace prachových částic V původním stavu, bez zástěny, prochází proud vzduchu v těsné blízkosti zdroje prachu, tj. technologického bloku. Tím je umožněn úlet značného množství prachových částic, které vstupují do volného prostoru poměrně vysokou rychlostí a navíc ve značné výšce nad zemí. To má za následek vysoké koncentrace prachových částic a jejich jen velmi pozvolný pokles směrem od zdroje, díky ztížené sedimentaci částic. (viz Obr. 3, 4, 5). V přítomnosti zástěny, je úlet prachových částic od počátku omezen a tím jsou celkové emise výrazně sníženy. Navíc, díky zpomalení proudění a jeho přesměrování do těsné blízkosti zemského povrchu je i posílen význam sedimentace, což vede v výraznému posílení poklesu koncentrací prachových částic všech sledovaných velikostí (viz Obr. 6, 7, 8). Tento úbytek (v porovnání s původním stavem) je nejmarkantnější pro hrubší frakce prachu, které tak mohou sedimentovat již v těsné blízkosti zdroje. 1/14
Další varianty A) Protiprašný plot Na základě předběžných výsledků numerických simulací byla navržena ještě jedna varianta doplňkové protiprašné stěny (plotu), výšky 2 metry, umístěné těsně za hranou terénního schodu na závětrné straně zdroje prachu. Tato dodatečná, volně stojící nízká zástěna má za cíl posílit lokální zpomalení proudu a umožnit tak dodatečnou depozici prachových částic (viz Obr. 10, 11, 12). B) Variantní výpočty pro různé rychlosti proudění Zvolená rychlost proudění 5m/s použitá v simulacích byla modifikována směrem nahoru (10m/s) i dolů (2m/s), aby bylo možno kvantifikovat efektivitu protiprašných zástěn v širším rozmezí reálných podmínek. Simulace ukazují, že při nižších rychlostech dochází k výraznějšímu úbytku koncentrací i u jemnějších prachových částic. C) Variantní výpočty pro různé poréznosti zástěny Vzhledem k tomu, že nejsou doposud známy přesné hodnoty odporového součinitele textilní sítě použité pro vybudování zástěn, bylo nutné provést dodatečné výpočty pro celou řadu odporových součinitelů (D=10, 100, 500), tak aby bylo možné s jistotou potvrdit efekt vybudovaných protiprašných zástěn. Výsledky ukazují, že ve sledovaném rozmezí odporových součinitelů jsou výsledné efekty zástěn obdobné a lze je obecněji aplikovat pro protiprašné zástěny se širokou škálou odporů (propustností). (viz proudové pole na Obr. 13, 14, 15, resp. vliv na koncentrace částic na Obr. 16, 17, 18.)
2/14
Vliv zástěny na proudové pole Varianta bez zástěny odpovídá nastavení nulového součinitele odporu zástěny, tj. D=0, pro standardní zástěnu je pak uvažován součinitel odporu D=1000. Dodatečné simulace proudového pole pro hodnoty součinitele odporu D=10, D=100, D=500 jsou vyobrazeny na Obr. 12, 13, 14.
Obr. 1: Rychlost proudění a proudnice - varianta bez zástěny
Obr. 2: Rychlost proudění a proudnice - varianta se zástěnou
3/14
Koncentrace pevných částic (původní stav - varianta bez zástěny)
Obr. 3: Koncentrace částic o průměru 10 μm
Obr. 4: Koncentrace částic o průměru 50 μm
Obr. 5: Koncentrace částic o průměru 100 μm
4/14
Koncentrace pevných částic (konečný stav - varianta se zástěnou)
Obr. 6: Koncentrace částic o průměru 10 μm
Obr. 7: Koncentrace částic o průměru 50 μm
Obr. 8: Koncentrace částic o průměru 100 μm
5/14
Vliv protiprašného plotu na proudové pole Proudění je vlivem dodatečné překážky v přízemní vrstvě ještě více zpomaleno. Vliv tohoto plotu je patrný v úseku delším než 10 metrů. V této části proudového pole je pak posílena sedimentace prachových částic, což se projeví v poli koncentrací (viz Obr. 10, 11, 12).
Obr. 9: Rychlost proudění a proudnice - varianta se zástěnou a plotem
6/14
Koncentrace pevných částic (varianta se zástěnou a plotem)
Obr. 10: Koncentrace částic o průměru 10 μm
Obr. 11: Koncentrace částic o průměru 50 μm
Obr. 12: Koncentrace částic o průměru 100 μm
7/14
Vliv poréznosti (součinitele odporu) zástěny na proudové pole
Obr. 13: Rychlost proudění a proudnice pro D=10
Obr. 14: Rychlost proudění a proudnice pro D=100
Obr. 15: Rychlost proudění a proudnice pro D=500
8/14
Vliv poréznosti (součinitele odporu) zástěny na koncentrace částic Pro simulace byl standardně uvažován součinitel odporu zástěny D=1000. Z obrázků 16, 17, 18 pro D=10,100,500 vyplývá, že zvyšování odporu zástěny má za následek posilování jejího efektu na snížení úletu a zvýšení sedimentace prachových částic.
Obr. 16: Koncentrace částic o průměru 50 μm pro D=10
Obr. 17: Koncentrace částic o průměru 50 μm pro D=100
Obr. 18: Koncentrace částic o průměru 50 μm pro D=500
9/14
Koncentrace prachových částic – Rychlost 2 m/s Bez zástěny
Se zástěnou
10 μm
10 μm
50 μm
50 μm
100 μm
100 μm
Obr. 19: Srovnání polí koncentrací částic pro rychlost proudění 2 m/s.
10/14
Koncentrace prachových částic – Rychlost 5 m/s Bez zástěny
Se zástěnou
10 μm
10 μm
50 μm
50 μm
100 μm
100 μm
Obr. 20: Srovnání polí koncentrací částic pro rychlost proudění 5 m/s.
11/14
Koncentrace prachových částic – Rychlost 10 m/s Bez zástěny
Se zástěnou
10 μm
10 μm
50 μm
50 μm
100 μm
100 μm
Obr. 21: Srovnání polí koncentrací částic pro rychlost proudění 10 m/s.
12/14
Vliv zástěny na rychlostní pole Bez zástěny
Se zástěnou
2 m/s
2 m/s
5 m/s
5 m/s
10 m/s
10 m/s
Obr. 22: Srovnání rychlostních polí pro varianty se zástěnou a bez ní.
13/14
Seznam obrázků Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr.
1: Rychlost proudění a proudnice - varianta bez zástěny...........................3 2: Rychlost proudění a proudnice - varianta se zástěnou...........................3 3: Koncentrace částic o průměru 10 μm.....................................................4 4: Koncentrace částic o průměru 50 μm.....................................................4 5: Koncentrace částic o průměru 100 μm...................................................4 6: Koncentrace částic o průměru 10 μm.....................................................5 7: Koncentrace částic o průměru 50 μm.....................................................5 8: Koncentrace částic o průměru 100 μm...................................................5 9: Rychlost proudění a proudnice - varianta se zástěnou a plotem............6 10: Koncentrace částic o průměru 10 μm...................................................7 11: Koncentrace částic o průměru 50 μm...................................................7 12: Koncentrace částic o průměru 100 μm.................................................7 13: Rychlost proudění a proudnice pro D=10.............................................8 14: Rychlost proudění a proudnice pro D=100...........................................8 15: Rychlost proudění a proudnice pro D=500...........................................8 16: Koncentrace částic o průměru 50 μm pro D=10..................................9 17: Koncentrace částic o průměru 50 μm pro D=100................................9 18: Koncentrace částic o průměru 50 μm pro D=500................................9 19: Srovnání polí koncentrací částic pro rychlost proudění 2 m/s...........10 20: Srovnání polí koncentrací částic pro rychlost proudění 5 m/s...........11 21: Srovnání polí koncentrací částic pro rychlost proudění 10 m/s.........12 22: Srovnání rychlostních polí pro varianty se zástěnou a bez ní.............13
14/14
