用于固定污染源排气的均匀流场采样方法与流程

1.本发明涉及环境监测采样技术领域，尤其涉及一种用于固定污染源排气的均匀流场采样方法。


背景技术：

2.目前环境监测用于固定污染源排气的采样方法大多采用《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》（gb/t 16157-1996）及《固定污染源废气监测技术规范》（hj/t 397-2007），其中，对气态污染物的采样是在采样断面内，取靠近烟道中心的一点作为采样点进行采样，对颗粒物的采样则是按等面积分环法选择测定点进行逐点采样。上述方法及规范中笼统认为气态污染物在采样断面上混合一般是均匀的，而忽略了时间梯度、温度梯度、速度梯度、粘度及气体分子的聚团效应等对气体混匀带来的不利影响；颗粒物等面积分环则认为采样点选在各环等面积中心线与呈垂直相交的两条直径线交点上，其中一条直径线应在预期浓度变化最大的平面内，而忽略了管壁粒子弹性碰撞、管道变径尺寸、烟气温湿度及遄流带来的干扰，使预期浓度变化最大的平面采样存在极大的不确定性。
3.上述方法及规范的制定与执行已沿用几十年，存在极大的应用局限性，而国家对大气污染物的排放因子、排放限值要求则越来越高，现有方法及规范已无法真实反应污染物在烟道内实际分布的均匀性，导致采样烟气浓度和烟道内实际烟气浓度之间存在较大的差异；且采样操作步骤多，随机误差几率增加，无法满足精细化采样要求，给后期样品成分分析、数据合规性判别、环保设备的设计科学性与准确性带来困难。通观国内外环境监测仪器市场，目前尚无一种仪器能够依据流场变化进行污染物浓度的直观采样。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是提供一种用于固定污染源排气的均匀流场采样方法，本方法克服传统固定污染源排气采样的缺陷，通过流体仿真模型给出固定污染源排气的均匀流场画面，迅速定位均匀浓度点位，快速实现污染源浓度测定，提高检测精度。
5.为解决上述技术问题，本发明用于固定污染源排气的均匀流场采样方法包括如下步骤：步骤一、检测固定污染源排气的边界工况参数，利用烟尘烟气采样仪固有的温压流测定装置，按预测流速法预先测出烟道内气体压力、气体温度及流速值参数，根据已测量的烟道尺寸，确定边界工况参数值；步骤二、在烟尘烟气采样仪中集成fluent求解器，将边界工况参数值输入fluent求解器执行仿真计算，在fluent求解器中输入边界工况参数值，选择合理的物理模型，设置亚松弛因子值，后台自动执行仿真计算，得到需要的仿真结果；步骤三、根据仿真结果，从中选择固定污染源排气均匀流场分布，均匀流场分布以相对标准偏差cv和均匀性指数γv作为判别依据，cv值越小，流场均匀度越高，γv值越大，则流动均匀性越好，依据该判别标准，结合仿真计算结果，得到烟道截面上的流场分布状
况，选择均匀流场分布点位进行污染源烟气成分采样，选择固定污染源排气截面上污染物平均浓度所在区域进行颗粒物浓度采样。
6.进一步，所述污染物平均浓度所在区域状况取决于流场的均匀性， fluent求解器执行计算包含二阶离散cfd计算流体动力学仿真计算，监测求解变量的值以确保变量值的变化在两次迭代直接可以忽略不计，验证各物理量达到守恒，基于工程经验判断计算结果的合理性，从而快速精准判别污染物平均浓度区域。
7.进一步，所述仿真结果包括污染源排气截面速度云图和各污染物浓度分布区域图。由于本发明用于固定污染源排气的均匀流场采样方法采用了上述技术方案，即本方法检测固定污染源排气的边界工况参数；边界工况参数输入集成于烟尘烟气采样仪中的fluent求解器执行仿真计算，得到固定污染源排气截面速度云图、各污染物浓度分布区域图；根据仿真结果选择固定污染源排气均匀流场分布的测点进行污染源烟气成分采样，选择固定污染源排气截面上污染物平均浓度所在区域进行颗粒物浓度采样。本方法克服传统固定污染源排气采样的缺陷，通过流体仿真模型给出固定污染源排气的均匀流场画面，迅速定位均匀浓度点位，快速实现污染源浓度测定，提高检测精度。
具体实施方式
8.本发明用于固定污染源排气的均匀流场采样方法包括如下步骤：步骤一、检测固定污染源排气的边界工况参数，利用烟尘烟气采样仪固有的温压流测定装置，按预测流速法预先测出烟道内气体压力、气体温度及流速值参数，根据已测量的烟道尺寸，确定边界工况参数值；步骤二、在烟尘烟气采样仪中集成fluent求解器，将边界工况参数值输入fluent求解器执行仿真计算，在fluent求解器中输入边界工况参数值，选择合理的物理模型，设置亚松弛因子值，后台自动执行仿真计算，得到需要的仿真结果；步骤三、根据仿真结果，从中选择固定污染源排气均匀流场分布，均匀流场分布以相对标准偏差cv和均匀性指数γv作为判别依据，cv值越小，流场均匀度越高，γv值越大，则流动均匀性越好，依据该判别标准，结合仿真计算结果，得到烟道截面上的流场分布状况，选择均匀流场分布点位进行污染源烟气成分采样，选择固定污染源排气截面上污染物平均浓度所在区域进行颗粒物浓度采样。
9.其中，相对标准偏差cv表征相对变异量的度量，是一个无量纲值，用来比较均值显著不同的总体离散性，也可以比较流场均匀性的改善程度；均匀性指数γv基于统计偏差定义，能够全面反映整个烟道截面的流体速度分布特性，具有可比性强、适用范围较广的特点。
10.优选的，所述污染物平均浓度所在区域状况取决于流场的均匀性， fluent求解器执行计算包含二阶离散cfd计算流体动力学仿真计算，监测求解变量的值以确保变量值的变化在两次迭代直接可以忽略不计，验证各物理量达到守恒，基于工程经验判断计算结果的合理性，从而快速精准判别污染物平均浓度区域。
11.优选的，所述仿真结果包括污染源排气截面速度云图和各污染物浓度分布区域图。
12.本方法利用计算机流体仿真模拟技术，将计算机流体仿真软件植入烟尘烟气采样仪内，输入一定条件的排气边界工况参数，后台自动执行仿真计算，得到需要的仿真结果，根据仿真结果得到排气流场分布画面和变化数值，从中选择均匀流场分布的测点以及污染物平均浓度所在区域进行污染源烟气成分及颗粒物浓度的采样。为精细化采样、实时反映烟道内污染物动态分布变化提供准确、可靠的科学分析数据。
13.本方法采用计算机流体仿真模型计算介入，可以更为直观掌握烟道内部截面流场动态变化及污染物浓度分布状态，避免了现有标准和规范带来的采样误差，使得采集的样品更具有代表性，解决了传统采样方法无法解决的问题，具有快速、直观、可靠、采样精准性高的特点，克服传统采样方法繁琐耗时、实效性低、成本高等问题，填补了传统环境监测仪器无依据流场变化进行污染物成分、浓度直观采样的空白。


技术特征：
1.一种用于固定污染源排气的均匀流场采样方法，其特征在于本方法包括如下步骤：步骤一、检测固定污染源排气的边界工况参数，利用烟尘烟气采样仪固有的温压流测定装置，按预测流速法预先测出烟道内气体压力、气体温度及流速值参数，根据已测量的烟道尺寸，确定边界工况参数值；步骤二、在烟尘烟气采样仪中集成fluent求解器，将边界工况参数值输入fluent求解器执行仿真计算，在fluent求解器中输入边界工况参数值，选择合理的物理模型，设置亚松弛因子值，后台自动执行仿真计算，得到需要的仿真结果；步骤三、根据仿真结果，从中选择固定污染源排气均匀流场分布，均匀流场分布以相对标准偏差cv和均匀性指数γv作为判别依据， cv值越小，流场均匀度越高，γv值越大，则流动均匀性越好，依据该判别标准，结合仿真计算结果，得到烟道截面上的流场分布状况，选择均匀流场分布点位进行污染源烟气成分采样，选择固定污染源排气截面上污染物平均浓度所在区域进行颗粒物浓度采样。2.根据权利要求1所述的用于固定污染源排气的均匀流场采样方法，其特征在于：所述污染物平均浓度所在区域状况取决于流场的均匀性， fluent求解器执行计算包含二阶离散cfd计算流体动力学仿真计算，监测求解变量的值以确保变量值的变化在两次迭代直接可以忽略不计，验证各物理量达到守恒，基于工程经验判断计算结果的合理性，从而快速精准判别污染物平均浓度区域。3.根据权利要求1所述的用于固定污染源排气的均匀流场采样方法，其特征在于：所述仿真结果包括污染源排气截面速度云图和各污染物浓度分布区域图。

技术总结
本发明公开了一种用于固定污染源排气的均匀流场采样方法，本方法检测固定污染源排气的边界工况参数；边界工况参数输入集成于烟尘烟气采样仪中的Fluent求解器执行仿真计算，得到固定污染源排气截面速度云图、各污染物浓度分布区域图；根据仿真结果选择固定污染源排气均匀流场分布的测点进行污染源烟气成分采样，选择固定污染源排气截面上污染物平均浓度所在区域进行颗粒物浓度采样。本方法克服传统固定污染源排气采样的缺陷，通过流体仿真模型给出固定污染源排气的均匀流场画面，迅速定位均匀浓度点位，快速实现污染源浓度测定，提高检测精度。测精度。


技术研发人员：郭强 何康 陆芸 翟春
受保护的技术使用者：上海金艺检测技术有限公司
技术研发日：2023.03.01
技术公布日：2023/7/19