Procesy przenoszenia zanieczyszczeń w środowisku naturalnym
Podręcznik zawiera współczesne, systematyczne ujęcie modelowania matematycznego
zjawisk przepływowych występujących w środowisku naturalnym.
Przedstawiono w nim m.in.: równania mechaniki płynów; ruch zanieczyszczeń w
zamkniętych i otwartych basenach wodnych; mechanizmy przemieszczania się zanieczyszczeń
i ocenę ilościową ich stężeń w rzekach i kanałach; przepływy zanieczyszczeń w
gruncie oraz rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń w powietrzu.
Zamieszczono również wiele ciekawych i dobrze dobranych przykładów obliczeniowych,
dotyczących aktualnych problemów z zakresu ochrony środowiska.
Książka jest przeznaczona dla studentów inżynierii i ochrony środowiska,
inżynierii chemicznej i procesowej wyższych uczelni technicznych i rolniczych.
Słowo wstępne
Ważniejsze oznaczenia
1. Podstawowe równania mechaniki płynów
1.1. Wprowadzenie
1.2. Prawa przenoszenia
1.2.1. Pochodna zupełna i substancjalna
1.2.2. Ogólne prawo przenoszenia i prawo przenoszenia Reynoldsa
1.2.3. Zasada zachowania masy i równanie ciągłości
1.2.4. Specjalna postać prawa przenoszenia Reynoldsa
1.3. Prawa Eulera
1.3.1. Pierwsze prawo Eulera
1.3.2. Drugie prawo Eulera
1.3.3. Tensor naprężenia w płynie
1.4. Prawa Cauchy’ego
1.4.1. Pierwsze prawo Cauchy’ego
1.4.2. Drugie prawo Cauchy’ego
1.5. Równania konstytutywne
1.5.1. Wprowadzenie
1.5.2. Podstawowe zasady mechaniki ośrodków ciągłych
1.5.3. Równania określające tensor naprężenia
1.6. Równania Naviera–Stokesa (N–S)
1.7. Liczba Reynoldsa (Re)
1.8. Równania ruchu płynu nielepkiego
1.8.1. Równania ruchu Eulera
1.8.2. Równanie ruchu płynu doskonałego zapisane w postaci Gromeki–Lamba
1.8.3. Całkowanie równań ruchu płynu doskonałego
1.8.4. Równanie Bernoulliego
1.9. Równanie zachowania energii
1.10. Wymiana masy
1.10.1. Równanie ciągłości składnika mieszaniny
1.10.2. Równanie dyfuzji nieustalonej
1.11. Uśrednione równania turbulentnej wymiany pędu
1.11.1. Wprowadzenie
1.11.2. Uśrednianie wielkości w czasie
1.11.3. Równania Reynoldsa uśrednionego ruchu turbulentnego cieczy
1.11.4. Modele matematyczne turbulencji
1.12. Turbulentny transport energii
1.12.1. Równanie energii przepływu burzliwego
1.12.2. Turbulentna liczba Prandtla (Prt)
1.13. Turbulentny transport masy
1.13.1. Równanie transportu masy przepływu burzliwego
1.13.2. Turbulentna liczba Schmidta Sc(t)
Literatura
2. Zanieczyszczenia jezior i stawów
2.1. Stratyfikacja wód jeziora
2.2. Wodne rozcieńczone roztwory substancji lotnych
2.3. Dwuwarstwowy model oporu dla procesu wymiany masy na granicy powietrze-woda
Przykład 2.3.1 (parowanie wody jeziora)
Przykład 2.3.2 (odparowanie benzenu)
2.4. Jednostrefowy model jeziora
Przykład 2.4.1 (stężenie fosforu w wodzie)
Przykład 2.4.2 (stężenie fosforu przy zmniejszonych zanieczyszczeniach)
Przykład 2.4.3 (redukcja tlenu w wodzie zamarzniętego stawu)
Przykład 2.4.4 (zwiększanie ilości tlenu w wodzie stawu)
2.5. Dwustrefowy model jeziora
2.6. Współczynniki wymiany w modelu dwustrefowym
Przykład 2.6.1 (wyznaczanie współczynnika dyfuzji turbulentnej)
Przykład 2.6.2 (współczynnik dyfuzji turbulentnej tetrachloroetanu)
Przykład 2.6.3 (wyznaczenie strumienia NTA)
Przykład 2.6.4 (stężenie dichloroetanu – model dwustrefowy)
Przykład 2.6.5 (zmniejszenie stężenia dichloroetanu – model dwustrefowy)
Literatura
3. Ruch zanieczyszczeń w wodach rzek i kanałów otwartych
3.1. Wprowadzenie
3.1.1. Równanie Chezy’ego–Manninga
3.1.2. Efektywny przekrój kanału otwartego
Przykład 3.1.1 (wydatek przepływu rzeki)
Przykład 3.1.2 (wydatek rzeki w czasie powodzi)
3.2. Transport zanieczyszczeń w wodach rzek
3.2.1. Transport dyfuzyjny
3.2.2. Transport adwekcyjny i dyfuzyjny
Przykład 3.2.1 (stężenie tetrachloroetylenu w wodzie rzeki)
Przykład 3.2.2 (stężenie chlorku benzylu w wodzie rzeki)
Przykład 3.2.3 (zanieczyszczenia firmy farmaceutycznej)
Przykład 3.2.4 (zrzut ciepłej wody do rzeki)
Przykład 3.2.5 (bilans zużycia tlenu w wodzie rzeki)
3.2.3. Transport turbulentny
3.2.3.1. Dyfuzja turbulentna
Przykład 3.2.6 (skale turbulencji)
Przykład 3.2.7 (dyfuzja roztworu NaCl)
Przykład 3.2.8 (dyfuzja helu w azocie)
3.2.3.2. Dyspersja hydrodynamiczna
3.2.3.3. Rozwiązania analityczne (ścisłe) równania transportu masy w przypadku
jednowymiarowym
3.2.4. Wyznaczanie współczynników dyspersji w przepływach w kanałach otwartych
3.2.4.1. Eksperymentalne wyznaczanie współczynników dyspersji poprzecznej i podłużnej
3.2.4.2. Metoda momentów statystycznych
Przykład 3.2.9 (wyznaczanie współczynnika dyspersji podłużnej)
Przykład 3.2.10 (wypadek ciężarówki z transportem soli)
Przykład 3.2.11 (atrazyna w wodzie rzeki)
Przykład 3.2.12 (herbicydy w wodzie rzeki)
Przykład 3.2.13 (zanieczyszczenia firmy chemicznej w rzece)
Literatura
4. Przepływy zanieczyszczeń w gruncie
4.1. Podstawy filtracji wód podziemnych
4.1.1. Wprowadzenie
4.1.2. Właściwości gruntu
4.1.3. Prędkość filtracji
4.1.4. Prawo filtracji – prawo Darcy’ego
4.1.5. Współczynnik przepuszczalności k
4.1.6. Równomierna filtracja wód gruntowych
Przykład 4.1.1 (filtr piaskowy)
Przykład 4.1.2 (filtr z ziaren węgla aktywnego)
Przykład 4.1.3 (filtr trójwarstwowy)
4.1.7. Przepływ radialny
4.1.8. Dopływ wody gruntowej do studni i drenu
Przykład 4.1.4 (studnia ujmująca)
Przykład 4.1.5 (studnia doświadczalna)
Przykład 4.1.6 (studnia artezyjska)
Przykład 4.1.7 (studnia obok rzeki)
Przykład 4.1.8 (dren obok rzeki)
Przykład 4.1.9 (pompowanie wody z drenu)
Przykład 4.1.10 (zanieczyszczenia gruntu obok rzeki)
4.2. Dyspersja hydrodynamiczna w warstwie wodonośnej
4.2.1. Równanie jednowymiarowej dyspersji mechanicznej
Przykład 4.2.1 (współczynnik dyspersji w wodzie gruntowej)
4.2.2. Przypadki szczególne analitycznego całkowania równania dyspersji mechanicznej
Przykład 4.2.2 (nagłe wylanie zanieczyszczenia do rzeki)
Przykład 4.2.3 (powolne zanieczyszczanie wody rzeki)
4.2.3. Propagacja zanieczyszczeń w warstwie wodonośnej z uwzględnieniem procesu
adsorpcji
Przykład 4.2.4 (wyznaczenie współczynnika retardacji)
Przykład 4.2.5 (czas przemieszczania się frontu zanieczyszczenia)
Przykład 4.2.6 (awaria zbiornika i wyciek zanieczyszczenia)
Przykład 4.2.7 (powolny wyciek zanieczyszczenia ze zbiornika)
Literatura
5. Rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń w powietrzu
5.1. Ruch powietrza w atmosferze
5.2. Pionowy gradient temperatury i ciśnienia w atmosferze
Przykład 5.2.1 (wyznaczanie parametrów atmosfery)
Przykład 5.2.2 (przybliżona masa atmosfery)
5.3. Statyczna stabilność atmosfery
5.4. Powstawanie obłoków spalin
5.5. Charakterystyczne składniki obłoku spalin
Przykład 5.5.1 (stężenia równowagowe tlenków azotu)
Przykład 5.5.2 (stężenie CO)
Przykład 5.5.3 (oszacowanie ilości CO2)
5.6. Mechanizmy powstawania tlenków azotu
5.7. Sposoby zmniejszania ilości emitowanych NOx
5.8. Powstawanie kwaśnych deszczów
Przykład 5.8.1 (czas powstawania HNO3)
5.9. Rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń wydalanych z komina
5.9.1. Substancje zanieczyszczające emitowane w postaci cząstek stałych
5.9.2. Substancje zanieczyszczające emitowane w postaci gazowej
5.10. Efektywna wysokość komina
Przykład 5.10.1 (efektywna wysokość komina)
Przykład 5.10.2 (stężenie SO2)
Przykład 5.10.3 (zanieczyszczenia z krematorium)
Przykład 5.10.4 (skażenie powierzchni gruntu)
5.11. Korekta emisji zanieczyszczenia w przypadku wielu kominów
Przykład 5.11.1 (cztery kominy elektrociepłowni)
Przykład 5.11.2 (dwa kominy elektrociepłowni)
5.12. Przeliczanie uśrednionych w czasie wartości stężenia zanieczyszczenia
Przykład 5.12.1 (stężenia godzinowe i dobowe)
5.13. Zanieczyszczenia powietrza związane z ruchem pojazdów samochodowych
5.13.1. Opis zanieczyszczeń w spalinach silników samochodowych
5.13.2. Zmniejszanie zawartości substancji zanieczyszczających w spalinach silnika o zapłonie
iskrowym
Przykład 5.13.1 (pole powierzchni katalizatora)
Przykład 5.13.2 („korek” samochodowy)
Przykład 5.13.3 (chwilowe stężenie CO)
Przykład 5.13.4 (pojazdy w tunelu)
Przykład 5.13.5 (stężenie CO w spalinach pojazdu)
5.14. Jezdnia intensywnego ruchu pojazdów jako liniowe źródło zanieczyszczeń
Przykład 5.14.1 (ruch pojazdów na autostradzie)
5.15. Wybrane przyjazne dla środowiska naturalnego źródła energii
5.15.1. Wykorzystanie energii wiatru
5.15.1.1. Moc turbiny wiatrowej
5.15.1.2. Maksymalna sprawność turbiny wiatrowej
Przykład 5.15.1 (turbina wiatrowa)
5.15.2. Ogniwa paliwowe
Przykład 5.15.2 (siła elektromotoryczna ogniwa wodorotlenowego)
5.16. Spadanie cząstek w powietrzu
5.16.1. Ruch cząstki w dwuwymiarowym polu prędkości powietrza
5.16.2. Spadanie grawitacyjne cząstki w nieruchomym powietrzu
Przykład 5.16.1 (spadanie grawitacyjne cząstek)
Przykład 5.16.2 (składowe prędkości cząstki spadającej)
5.16.3. Opadanie gradu
Przykład 5.16.3 (prędkość strugi powietrza)
5.17. Spadanie odparowujących kropel wody
5.17.1. Powstawanie kropel deszczu
5.17.2. Odparowanie spadających małych kropel wody
Przykład 5.17.1 (spadanie kropli wody – model jednorównaniowy)
Przykład 5.17.2 (spadanie kropli wody – model dwurównaniowy)
5.17.3. Odparowanie spadających kropel deszczu
Przykład 5.17.3 (czas odparowania połowy objętości kropli deszczu)
Literatura
Skorowidz
352 strony, Format: 16.5x24.0cm, oprawa miękka
