فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)
تعداد صفحات:112
فهرست مطالب:
فهرست مطالب د
فهرست شکل‌ها و
فهرست جداول ک
فصل اول: کلیات 1
1-1) مقدمه 1
1-2) هدف و ضرورت انجام تحقیق 2
1-3) تاریخچه 4
1-3-1) تاریخچه مختصری از علم آلودگی هوا 4
1-3-2) مروری بر مطالعات پیشین 6
1-4) ساختار پایان نامه 9
فصل دوم: مروری بر مباحث نظری 14
2-1) آلودگی هوا 14
2-1-1) تعریف جزء هوا 14
2-1-2) ساختار طبیعی هوا 14
2-1-3) تعریف هوای آلوده 15
2-1-4) منابع آلاینده هوا 15
2-1-5) عناصر آلاینده 15
2-1-6) آلاینده های معیار: 16
2-1-6-1) منواکسید کربن ( ) 17
2-1-6-2) اکسید های گوگرد 17
2-1-6-3) اکسیدهای نیتروژن (NOx) 18
2-1-7) استانداردهای مجاز هوا 19
2-1-7-1) استانداردهای مجاز کیفیت هوای محیط 20
2-1-7-2) استانداردهای مجاز انتشار 20
2-1-8) بررسی میزان تولید انتشار گازهای آلاینده در بخش انرژی هیدروکربوری کشور 21
2-2) شاخص های هواشناسی در آلودگی هوا 25
2-2-1) تعریف اتمسفر 25
2-2-2) شاخص های مؤثر بر آلودگی هوا 26
2-2-2-1) جریان هوا 26
2-2-2-2) باد 26
2-2-2-3) بارندگی 26
2-2-2-4) فشار هوا 26
2-2-2-5) درجه حرارت 27
2-2-2-6) پایداری اتمسفری 28
2-2-2-7) وارونگی دما 28
2-2-3) حرکات ستون دود 30
2-3) فلرهاو آلودگی هوا ناشی از آنها 33
2-3-1) معرفی فلر و نحوه عملکرد آن 33
2-3-2) مهمترین مشکلات در مدیریت فلرها 33
2-3-3) انواع فلرها 34
2-3-4) آلاینده های هوا در بخش بهره برداری نفت و گاز غرب ( مطالعه موردی ) 37
2-4) نتیجه گیری 40
فصل سوم :تعیین معادلات حاکم بر پخش گازهای آلاینده در جو 41
3-1) مقدمه 41
3-2) معادلات بقای جرم حاکم بر پدیده های جوی 41
3-3) معادله بقای اندازه حرکت حاکم بر پدیده های جوی 42
3-4) معادله بقای انرژی گرمایی حاکم بر پدیده های جوی 46
3-5) روند انتقال 49
3-6) جمله آشفتگی 52
3-7) روابط حاکم در قالب تحلیل عددی به روش حجم محدود 53
3-8) تحلیل مناسب معادلات 55
3-9) اعمال شرایط مرزی در قالب حجم محدود 56
3-10) توابع تعریف شده توسط کاربر 58
3-11) داده های هواشناسی ورودی الگو 59
3-11-1) تعیین پایداری جو 59
3-11-2) تعیین نیمرخ باد و دما 61
3-12) الگوریتم برنامه 66
3-13) نتیجه گیری 67
فصل چهارم: تحلیل و تفسیر نتایج 68
4-1) مقدمه 68
4-2) صحت سنجی الگو 68
محاسبه نیمرخ باد و دما 68
4-3) الگوسازی آلاینده های خروجی از فلر 72
4-3-1) مشخصات واحد مورد مطالعه 72
4-3-2) مشخصات فلر مورد مطالعه 72
4-3-3) داده های هواشناسی 74
4-3-3-1) محاسبه نیمرخ باد و دما 74
4-3-4) هندسه مسئله 78
4-3-5) شرایط مرزی 79
4-3-6) فرضیات حل مسئله از طریق نرم افزار 80
4-4) تشریح نتایج 80
4-4-1) تشریح خطوط تراز حاصل از انتشار آلاینده های خروجی فلر در فصل تابستان 80
4-4-2) تشریح نتایج حاصل از انتشار آلاینده های خروجی فلر در فصل زمستان 84
4-4-3) بررسی تغییرات غلظت آلاینده ها در دو فصل تابستان و زمستان 87
4-4-3-1) تشریح نحوه پخش آلاینده CO 88
4-4-3-2) تشریح نحوه پخش آلاینده NOx 92
4-4-3-3) تشریح نحوه پخش آلاینده SO2 96
4-4-3-4) تشریح تغییرات دما و چگالی 99
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات 100
5-1) مقدمه 100
5-2) جمع بندی و نتیجه‌گیری 100
5-3) پیشنهادات 102
6) فهرست منابع و مآخذ 103
7) پیوست 108
فهرست شکل‌ها
شکل 1 1 : سهم قسمت های مختلف جهان از گازهای سوزانده شده در فلر یا تخلیه شده به محیط]6[ 3
شکل 2 1 :سهم هریک از منابع تولید کننده منواکسیدکربن به درصد]مرجع USEPA [ 17
شکل 2 2 :سهم هریک از منابع تولید کننده اکسیدهای گوگرد به درصد] مرجع USEPA [ 18
شکل 2 3 :منابع اکسیدهای نیتروژن در آمریکا (منبع : USEPA, 2003 ) 19
شکل 2 4 : روند تغییر انتشار گازهای آلاینده و گلخانه ای از کل بخش های مصرف کننده انرژی هیدروکربوری کشور( به علت حجم اندک گاز SO3 در مقایسه با سایر گازها در نمودار نشان داده نشده است)]4[ 23
شکل 2 5 : روند تغییرات انتشار گازهای آلاینده و گلخانه ای از بخش صنعت ( به علت حجم اندک گاز SO3 در مقایسه با سایر گازها در نمودار نشان داده نشده است)]4[ 24
شکل 2 6 : شمایی از لایه های اصلی تشکیل دهنده اتمسفر 25
شکل 2 7 : حرکت حلقوی ستون دود 30
شکل 2 8 : حرکت قیفی ستون دود 31
شکل 2 9 : حرکت بادبزنی ستون دود 31
شکل 2 10 : حرکت دودی ستون دود 31
شکل 2 11 :حرکت بالارونده ستون دود 32
شکل 2 12 : اجزای تشکیل دهنده یک فلر مرتفع با عامل اختلاط کننده بخار 34
شکل 2 13 : فلر با عامل اختلاط کننده هوا 35
شکل 2 14 : فلر با عامل اختلاط کننده فشار 36
شکل 2 15 : فلر بدون عامل اختلاط 37
شکل 2 16 : میزان گاز سوزانده شده در فلر و سوخت تجهیزات احتراقی شرکت بهره‌برداری نفت و گازغرب 38
شکل 2 17 : میزان انتشار آلاینده‌های هوا از فلرهای شرکت بهره‌برداری نفت و گاز غرب 39
شکل 2 18 : میزان انتشار آلاینده هوا از فلر و تجهیزات احتراقی شرکت بهره‌برداری نفت و گاز غرب 39
شکل 3 1 : جریان در جهت از درون یک جزء حجمی ساکن 41
شکل 3 2 : یک جزء حجمی و تنشهای وارد بر آن و انتقال مؤلفه اندازه حرکت در جهت 43
شکل 3 3 : جزء حجمی برای تعیین معادلة انرژی گرمایی 46
شکل 3 4 : تغییرات جرم در یک جزء حجمی سیال 50
شکل 3 5 : نمونه ی حجم کنترل و نمادگذاری مورد استفاده در حالت کارتزین دو بعدی 55
شکل 3 6الگوریتم حل برنامه سیمپل]30[ 57
شکل 3 20 : الگوریتم حل نرم افزار انتخاب شده جهت الگوسازی پخش آلاینده ها در فضای جو]30[ 66
شکل 4 1:نمودار بیانگر نیمرخ سرعت باد نسبت به ارتفاع برای 31/4/88 در ساعت 15 می باشد. 69
شکل 4 2 :نمودار بیانگر نیمرخ دما نسبت به ارتفاع برای 31/4/88 در ساعت 15می باشد. 70
شکل 4 3 : نمودار بیانگر میزان غلظت CO محاسبه شده توسط برنامه و اندازه گیری شده در فواصل 50 ، 100 و 200 متری از فلر می باشد. 70
شکل 4 4 : : نمودار بیانگر میزان غلظت NOx محاسبه شده توسط برنامه و اندازه گیری شده در فواصل 50 ، 100 و 200 متری از فلر می باشد. 71
شکل 4 5 : نمودار بیانگر میزان غلظت SO2 محاسبه شده توسط برنامه و اندازه گیری شده در فواصل 50 ، 100 و 200 متری از فلر می باشد. 71
شکل 4 6: نمودار بیانگر نیمرخ سرعت باد نسبت به ارتفاع برای یک روز زمستانی می باشد. 75
شکل 4 7 : نمودار بیانگر نیمرخ دما نسبت به ارتفاع برای یک روز زمستانی می باشد. 76
شکل 4 8 : نمودار بیانگر نیمرخ سرعت باد نسبت به ارتفاع برای یک روز تابستانی می باشد. 77
شکل 4 9 : نمودار بیانگر نیمرخ دما نسبت به ارتفاع برای یک روز تابستانی می باشد. 78
شکل 4 10 : شمایی از فضای محاسباتی 79
شکل 4 11 : شمایی از شبکه بندی محیط مورد بررسی 79
شکل 4 12 : محور X فاصله برحسب متر و محور Y فاصله برحسب متر .خطوط تراز بیانگر تغییرات فشار نسبی محیط بر حسب پاسکال برای یک روز تابستانی به دلیل پخش آلاینده ها از فلر در جو می باشد. 81
شکل 4 13 : محور X فاصله برحسب متر و محور Y فاصله برحسب متر . شکل بیانگر خطوط جریان حرکت آلاینده در جو برای یک روز تابستانی در جو ناپایدار می باشد. 81
شکل 4 14 : محور X فاصله برحسب متر و محور Y فاصله برحسب متر. خطوط تراز بیانگر سرعت آلاینده ها برحسب متر بر ثانیه برای یک روز تابستانی می باشند . 82
شکل 4 15 : محور X فاصله برحسب متر و محور Y فاصله برحسب متر .در شکل خطوط تراز بیانگر تغییرات دما برحسب کلوین در دهانه خروجی فلر در یک روز تابستانی می باشند. 82
شکل 4 16 : محور X فاصله برحسب متر و محور Y فاصله برحسب متر. در شکل خطوط تراز بیانگر تغییرات چگالی (kgm3 )هوا در دهانه خروجی فلر برای یک روز تابستانی می باشند. 83
شکل 4 17 : محور X فاصله برحسب متر و محور Y فاصله برحسب متر. شکل بیانگر نحوه پخش آلاینده های خروجی از فلر برای یک روز تابستانی برای جو ناپایدارمی باشد .خطوط تراز نیز بیانگر نسبت جرمی آلاینده ها می باشد. 84
شکل 4 18: محور X فاصله برحسب متر و محور Y فاصله برحسب متر .خطوط تراز بیانگر تغییرات فشار نسبی محیط بر حسب پاسکال برای یک روز زمستانی به دلیل پخش آلاینده ها از فلر در جو می باشد. 84
شکل 4 19: محور X فاصله برحسب متر و محور Y فاصله برحسب متر . شکل بیانگر خطوط جریان حرکت آلاینده در جو برای یک روز زمستانی در جو پایدار می باشد. 85
شکل 4 20 : محور X فاصله برحسب متر و محور Y فاصله برحسب متر. خطوط تراز بیانگر سرعت آلاینده ها برحسب متر بر ثانیه برای یک روز زمستانی می باشند . 85
شکل 4 21: محور X فاصله برحسب متر و محور Y فاصله برحسب متر .در شکل خطوط تراز بیانگر تغییرات دما برحسب کلوین در دهانه خروجی فلر در یک روز زمستانی می باشند. 86
شکل 4 22 : محور X فاصله برحسب متر و محور Y فاصله برحسب متر. در شکل خطوط تراز بیانگر تغییرات چگالی (kgm3 )هوا در دهانه خروجی فلر برای یک روز زمستانی می باشند. 86
شکل 4 23 : محور X فاصله برحسب متر و محور Y فاصله برحسب متر. شکل بیانگر نحوه پخش آلاینده های خروجی از فلر برای یک روز زمستانی برای جو پایدارمی باشد .خطوط تراز نیز بیانگر نسبت جرمی آلاینده ها می باشد. 87
شکل 4 24 : محور X فاصله بر حسب متر و محور Y ارتفاع برحسب متر .شکل بیانگر نحوه پخش CO در دهانه خروجی فلر برای یک روز تابستانی می باشد و خطوط تراز نسبت جرمی را نشان می دهند. 88
شکل 4 25: محور X فاصله بر حسب متر و محور Y ارتفاع برحسب متر .شکل بیانگر نحوه پخش CO در دهانه خروجی فلر برای یک روز زمستانی می باشد و خطوط تراز نسبت جرمی را نشان می دهند. 89
شکل 4 26: نمودار بیانگر تغییرات غلظت CO در ارتفاع 2 متری از سطح زمین ( ارتفاع سطح تنفس) برای دو روز زمستانی و تابستانی و غلظت استاندارد مجاز هوای پاک برای CO می باشد. 90
شکل 4 27: نمودار بیانگر تغییرات غلظت CO در ارتفاع 35 متری از سطح زمین برای دو روز زمستانی و تابستانی و غلظت استاندارد مجاز انتشار فلر برای CO می باشد. 90
شکل 4 28 : نمودار بیانگر تغییرات غلظت CO در ارتفاع در فاصله 5 متری از فلر برای دو روز تابستانی و زمستانی و غلظت استاندارد مجاز انتشار فلر می باشد. 91
شکل 4 29 : نمودار بیانگر تغییرات غلظت CO در ارتفاع در فاصله 50 متری از فلر برای دو روز تابستانی و زمستانی و غلظت استاندارد مجاز انتشار فلر می باشد. 91
شکل 4 30: محور X فاصله بر حسب متر و محور Y ارتفاع برحسب متر. شکل بیانگر نحوه پخش NO در دهانه خروجی فلر برای یک روز تابستانی می باشد و خطوط تراز نسبت جرمی را نشان می دهند. 92
شکل 4 31 : محور X فاصله بر حسب متر و محور Y ارتفاع برحسب متر. شکل بیانگر نحوه پخش NO2 در دهانه خروجی فلر برای یک روز تابستانی می باشد و خطوط تراز نسبت جرمی را نشان می دهند. 92
شکل 4 32: محور X فاصله بر حسب متر و محور Y ارتفاع برحسب متر. شکل بیانگر نحوه پخش NO در دهانه خروجی فلر برای یک روز زمستانی می باشد و خطوط تراز نسبت جرمی را نشان می دهند. 93
شکل 4 33 : محور X فاصله بر حسب متر و محور Y ارتفاع برحسب متر. شکل بیانگر نحوه پخش NO2 در دهانه خروجی فلر برای یک روز زمستانی می باشد و خطوط تراز نسبت جرمی را نشان می دهند. 93
شکل 4 34 : نمودار بیانگر تغییرات غلظت NOx در ارتفاع 2 متری از سطح زمین ( ارتفاع سطح تنفس) برای دو روز زمستانی و تابستانی و غلظت استاندارد مجاز هوای پاک برای آن می باشد. 94
شکل 4 35 : نمودار بیانگر تغییرات غلظت NOx در ارتفاع 35 متری از سطح زمین برای دو روز زمستانی و تابستانی و غلظت استاندارد مجاز انتشار فلر برای آن می باشد. 94
شکل 4 36 : نمودار بیانگر تغییرات غلظت NOx در ارتفاع در فواصله 5 متری از فلر برای دو روز زمستانی و تابستانی می باشد. 95
شکل 4 37: نمودار بیانگر تغییرات غلظت NOx در ارتفاع در فاصله50 متری از فلر برای دو روز تابستانی و زمستانی می باشد. 95
شکل 4 38 : محور X فاصله بر حسب متر و محور Y ارتفاع برحسب متر. شکل بیانگر نحوه پخش SO2 در دهانه خروجی فلر برای یک روز تابستانی می باشد و خطوط تراز نسبت جرمی را نشان می دهند. 96
شکل 4 39 : محور X فاصله بر حسب متر و محور Y ارتفاع برحسب متر. شکل بیانگر نحوه پخش SO2 در دهانه خروجی فلر برای یک روز زمستانی می باشد و خطوط تراز نسبت جرمی را نشان می دهند. 96
شکل 4 40 : نمودار بیانگر تغییرات غلظت SO2 در ارتفاع 2 متری از سطح زمین ( ارتفاع سطح تنفس) برای دو روز زمستانی و تابستانی و غلظت استاندارد مجاز اولیه و ثانویه هوای پاک برای آن می باشد. 97
شکل 4 41 : نمودار بیانگر تغییرات غلظت SO2 در ارتفاع 35 متری از سطح زمین برای دو روز زمستانی و تابستانی می باشد. 97
شکل 4 42: نمودار بیانگر تغییرات غلظت SO2 در ارتفاع در فاصله 5 متری از فلر برای دو روز تابستانی و زمستانی می باشد. 98
شکل 4 43 : نمودار بیانگر تغییرات غلظت SO2 در ارتفاع در فاصله 50 متری از فلر برای دو روز زمستانی و تابستانی می باشد. 98
شکل 4 44 : نمودار بیانگر تغییرات دما نسبت به چگالی در ارتفاع 26 متری از سطح زمین در جهت باد غالب برای دو روز زمستانی و تابستانی می باشد. 99
شکل 4 45 : نمودار بیانگر تغییرات دما نسبت به چگالی روی خط مرکزی فلر برای دو روز زمستانی و تابستانی می باشد. 99
فهرست جداول
جدول 1 1 :سهم کشورهای مختلف جهان از گازهای سوزانده شده در فلر یا تخلیه شده به محیط]6[ 4
جدول 2 1 :نسبت مولکولهای تشکیل دهنده هوای خشک در فشار 101325 پاسکال و درجه حرارت 15 درجه سلسیوس در سطح دریا ]32[ 14
جدول 2 2 :استانداردهای مجاز ملی کیفیت هوا در محیط]8[ 20
جدول 2 3 :استاندارهای مجاز انتشار آلاینده های معیار ]2[ 21
جدول 2 4:میزان انتشار هر یک از آلاینده های هوا از کلیه بخش های مصرف کننده انرژی هیدروکربوری در سال 1385برحسب تن]4[ 22
جدول 2 5 :سهم هر یک از آلاینده های هوا از کلیه بخش های مصرف کننده انرژی هیدروکربوری در سال 1385 به درصد]4[ 22
جدول 2 6 : مقدار انتشار گازهای آلاینده و گلخانه ای از کل بخش انرژی هیدروکربوری کشور طی سال های 85-1346 برحسب تن]4[ 23
جدول 2 7 : انتشار گازهای آلاینده و گلخانه ای از بخش صنعت به تفکیک نوع سوخت در سال 1385برحسب تن]4[ 24
جدول 3 1 :مقادیر ضرایب انتقال جرم آشفته ]21[ 52
جدول 3 2 :تقسیم‌بندی طبق بندی های انتشار پاسکویل: A بسیار ناپایدار، B ناپایدار، C ناپایداری خفیف، D خنثی، E پایداری خفیف، F پایدار، G بسیار پایدار]32[ 60
جدول 3 3 : تعریف کلاسهای ترنر: 1- بسیار ناپایدار، 2- ناپایدار 3- ناپایداری خفیف، 4- خنثی، 5- پایداری خفیف، 6- پایدار، 7- بسیار پایدار]32[ 60
جدول 3 4 : تعیین عدد کلاس کیفیت تابش]32[ 61
جدول 3 5 : تعیین براساس پوشش گیاهی]21[ 62
جدول 3 6: نرخ کاهش دما نسبت به ارتفاع با توجه به شرایط پایداری جو]21[ 65
جدول 4 1: مشخصات هواشناسی بدست آمده از ایستگاه سینوپتیک ایلام برای 31/4/88 68
جدول 4 2: مشخصات فیزیکی فلر 72
جدول 4 3 : مشخصات ترکیبات ورودی فلر در زمستان 73
جدول 4 4 : مشخصات ترکیبات ورودی فلر در فصل تابستان 73
جدول4 5 : نسبت جرمی آلاینده ها 74
جدول 4 6 : میانگین داده های هواشناسی ایستگاه سینوپتیک کرمانشاه 74
چکیده
تأثیر زیانبار آلودگی هوا بر انسان و محیط زیست بر هیچ کس پوشیده نیست. مشکلات سلامتی و اقتصادی ناشی از آلودگی هوا، توجه بسیاری از محققان را در دهه های اخیر به خود جلب کرده است. پیش بینی غلظت آلاینده های معیار با توجه به برهم کنش آنها با سه عامل شرایط جوی، توپوگرافی و تولید آلاینده نقشی مؤثر در ساز و کار تصمیم سازی برای مقابله با آلودگی هوا بازی می کند. صنعت بهره برداری نفت جزء صنایع مهم و درآمدزا می باشد. لذا همگام با پیشرفت این صنایع بحث آلودگی آنها نیز باید مورد توجه قرار گیرد. از مهمترین اثرهای مخرب زیست محیطی در بخش بهره برداری نفت می توان به گازهای خروجی از فلرها اشاره کرد. آگاهی از نحوه پخش و پراکنش آلاینده ها از فلرهای مناطق بهره برداری می تواند در تعیین ایستگاه های کنترل و کیفیت هوا منطقه، حفظ ایمنی کارکنان، انجام اصلاحات زیست محیطی در جهت بازیافت این گازها و سایر موارد مورد استفاده قرار گیرد. پخش آلاینده های CO ، 〖NO〗_x و 〖SO〗_2 مهمترین آلودگی ناشی از فلر های مناطق بهره برداری نفت محسوب می شود. از اینرو در این رساله چگونگی پخش این آلاینده ها از یک فلر ظرفیت پایین بدون عامل اختلاط با استفاد از الگوسازی دینامیک سیالات محاسباتی مورد بررسی قرار گرفته است. الگوسازی دوبعدی دینامیک سیالات محاسباتی برای پیش بینی چگونگی پخش این آلاینده ها از فلر از طریق حل عددی با روش حجم محدود انجام شده است. بدین منظور محدوده ای به ابعاد 286 × 2050 متر به عنوان دامنه محاسباتی در نظر گرفته شده است . این دامنه به 66000 حجم کنترلی چهار وجهی تقسیم و برای آشفتگی از الگو K-ε RNG استفاده شده است . در ابتدا مقادیر پیش بینی شده غلظت با مقادیر اندازه گیری شده مورد مقایسه قرار گرفته است و خطای کمتر از 10 درصد برای میزان غلظت هر سه آلاینده بیانگر تطابق خوبی برای محاسبه غلظت با استفاده از روش عددی بوده است. هم چنین نمودارهای پیش بینی غلظت آلاینده ها در سطوح مختلف مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار گرفته و مقایسه ای میان این مقادیر بدست آمده با مقادیر استانداردهای مجاز انتشار و هوای پاک صورت گرفته است. میزان آلاینده CO هم از استاندارد مجاز انتشار و هم هوای پاک بیشتر بوده و میزان آلاینده های 〖NO〗_x و 〖SO〗_2 تنها از استاندارد مجاز اولیه هوای پاک بیشتر بوده است اما در هر سه مورد بررسی های لازم جهت اقدامات زیست محیطی لازم و ضروری می باشد. نتایج به دست آمده از این تحقیق نشان داد که دینامیک سیالات محاسباتی ابزاری بسیار مفید و توانمند برای الگوسازی پخش آلاینده ها در هوا می باشد .
کلمات کلیدی : الگوسازی ، آلودگی هوا ، دینامیک سیالات محاسباتی ، غلظت گازهای آلاینده و فلر .
