Vliv protiprašných sítí na dispersi pevných částic v blízkosti technologického celku (matematické modelování - předběžná zpráva)

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 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 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 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 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 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 13, 14, 15, resp. vliv na koncentrace částic na 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 12, 13, 14. 1: Rychlost proudění a proudnice - varianta bez zástěny 2: Rychlost proudění a proudnice - varianta se zástěnou 3/14

Koncentrace pevných částic (původní stav - varianta bez zástěny) 3: Koncentrace částic o průměru 10 μm 4: Koncentrace částic o průměru 50 μm 5: Koncentrace částic o průměru 100 μm 4/14

Koncentrace pevných částic (konečný stav - varianta se zástěnou) 6: Koncentrace částic o průměru 10 μm 7: Koncentrace částic o průměru 50 μm 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 10, 11, 12). 9: Rychlost proudění a proudnice - varianta se zástěnou a plotem 6/14

Koncentrace pevných částic (varianta se zástěnou a plotem) 10: Koncentrace částic o průměru 10 μm 11: Koncentrace částic o průměru 50 μm 12: Koncentrace částic o průměru 100 μm 7/14

Vliv poréznosti (součinitele odporu) zástěny na proudové pole 13: Rychlost proudění a proudnice pro D=10 14: Rychlost proudění a proudnice pro D=100 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. 16: Koncentrace částic o průměru 50 μm pro D=10 17: Koncentrace částic o průměru 50 μm pro D=100 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 19: Srovnání polí koncentrací částic pro rychlost proudění 2 m/s. 10/14

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 22: Srovnání rychlostních polí pro varianty se zástěnou a bez ní. 13/14

Seznam obrázků 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