3-10 خصوصيات كلي دود خروجي از دودكش
همان*گونه كه در بخش قبلی بیان شد پراكندگي آلاينده*ها در جو توسط دو مكانيزم كلي صورت مي*گیرید که عبارتند از: باد و تلاطم اتمسفري. جریان باد تنها در انتقال آلاينده*ها در جهت وزش باد به پايين دست منبع تاثیر گذار است. تلاطم اتمسفری باعث انحراف آلاينده*ها از غلظت موجود در جريان اصلي گاز و پخش در دو جهت قائم و عمود بر مسير باد مي*شود. معمولاً هر دو تلاطم مكانيكي و همرفتي در هر شرايط جوي به صورت همزمان، ولی با نسبت*های متغير اتفاق مي*افتد. به دليل نسبت*های متغیر این دو پارامتر، هندسه پخش گازهای خروجي از دودكش نيز كاملاً متفاوت خواهند بود.
شش حالت از رفتار ستون دود در شكل 3-18 نشان داده شده است. علاوه بر تغييرات كلي در شکل هندسه دود در مختصات x-z، نمودارهای تقریبی سرعت و دما نيز نشان داده شده*اند. انتقال تدريجي از يك حالت به حالت ديگر نيز ممكن است اتفاق بیافتد. ستون دود حلقه**ای[1] نشان داده شده در شكل 3-18 (الف)، هنگامي رخ مي*دهد كه میزان تلاطم همرفتي زیاد باشد. همانگونه كه از شكل استنباط می*شود، ستون دود حلقه*ا*ي نشان دهنده نرخ کاهش فوق آدیاباتیک در اتمسفر است كه موجب ناپايداري شديد آن مي*گردد. گردبادهاي حرارتی ممكن است آنقدر بزرگ باشند كه بخشي از ستون دود را براي مدتی كوتاه به سطح زمين منتقل کنند. هر چند گردبادهاي بزرگ باعث پخش آلاينده*ها در سطحی وسيع می*شوند اما ممكن است منجر به پیدایش غلظتهای محلی شدیدی در سطح زمین شود. ستون دود حلقه*ا*ي معمولاً در شرایطی رخ می*دهد که آسمان صاف بوده و با تابش حرارتی شدید از سطح زمین و بادهاي سبك همراه باشد.

[IMG]file:///C:\Users\DR951A~1.KAL\AppData\Local\Temp\msohtmlcl ip1\01\clip_image002.jpg[/IMG]
شكل3-18: (الف) پروفیل متداول سرعت ، پروفیل دما و شکل دود در سیستمx-y برای شرایط اتمسفری مختلف.(نرخ کاهش آدیاباتیک خشک ---؛ نرخ کاهش محیطی -)(الف) حلقه*ای، ناپایداری شدید؛ (ب)مخروطی، نزدیک به خنثی؛ (ج)بادبزنی، وارونگی سطح؛ (د) تدخینی، وارونگی در ارتفاع ؛ (ه) بالارونده،وارونگی در زیر دودکش؛ (و) به*دام*افتادگی؛ وارونگی در بالا و پائین ارتفاع دودکش
ستون دود مخروطي[2] [شكل 3-18 (ب)] عمدتاً در حالت اتمسفر خنثي و زمانی که تلاطم*های مكانيكي در مقياس كوچك حاکم *اند، رخ مي*دهد. از آنجایی كه اثر گرمايش حرارتي در اين حالت بسيار كمتر از حالت قبلی است، لذا حالت مخروطي هنگامي اتفاق مي*افتد كه آسمان در طي روز يا شب با ابر پوشيده شده باشد. بادها عموما دارای سرعت* متوسط تا شدید هستند. پوشش ابر* مانع از ورود تابش خورشيد درطول روز و خروج تابش ناشی از زمين در طي شب مي*گردد. نيمساز ستون دود (که دارای شکل مخروطی است) تقريباً10 درجه است. برخلاف حالت حلقه*ا*ي، در حالت مخروطی قبل از اينكه حجم قابل توجهي از غلظت آلاينده*ها به سطح زمين برسند قسمت عمده آن به محلي نسبتا دور، در پايين دست جهت باد منتقل مي*گردد. اين حالت، شرایط بسیار مناسبی را برای استفاده از معادلات پخش به منظور تخمین انتشار آلاینده*ها در جو فراهم می*آورد (معادلات پخش در فصل 4 بیان خواهد شد).
ستون دود بادبزني[3] هنگامي تشکیل می*شود كه نرخ*هاي كاهش به شدت منفی باشند، در اين شرايط يك لايه وارونگي قوي در فاصله بسیار بالاتر از ارتفاع دودكش شكل مي*گيرد. اتمسفر به شدت پايدار و تلاطم مكانيكي متوقف می*شود. همانگونه كه در شكل 3-18 (ج) نشان داده شده است، اگر چگالي ستون دود تفاوت چنداني با چگالي محيط اطراف نداشته باشد ستون دود در ارتفاعي تقريباً ثابت در جهت باد حركت مي كند. همانطور که پیشتر بیان شد وارونگی*ها حاصل شب*های صافی هستند که در آن سطح زمین توسط بازتابش امواج گرمایی از آن سرد می*شود. همانگونه كه انتظار مي*رود، پيش بيني غلظت آلاينده*ها در پايين دست باد در اين حالت مشكل است. در این حالت مقدار کمی از آلاينده*هاي پخش شده به سطح زمين مي*رسند.
ستون دود تدخینی هنگامی رخ می*دهد که لايه پايدار جوی در فاصله کمی بالاتر از نقطه خروج دود قرار گيرد و زير ستون دود نیز يك لايه ناپايدار قرار داشته باشد. شكل 3-18 (د) نمایش حالتي است كه يك وارونگي در بالای دودکش وجود داشته باشد. شرایط دمايي لازم براي ایجاد حالت تدخيني معمولاًً در اوایل صبح آغاز شده و با يك وارونگي پايدار در شب ادامه مي*يابد. آفتاب صبحگاهي زمين را گرم کرده كه به نوبه خود منجر به شكل*گيري گراديان دمايي منفي از سطح زمين به سمت بالا مي*گردد. به*محض اینکه لايه ناپايدار جدید به ارتفاع دودکش مي*رسد، دود با غلظتهاي زياد (به شکل تدخيني) همراه باد به سطح زمين منتقل مي*شود. خوشبختانه شرايط تدخيني معمولاً بيش از نيم ساعت به طول*نمي*انجامد اما*در*طي*همين*دوره*کوتاه، غلظت*هاي نسبتاً بالايي در سطح زمين بوجود می*آید. شرایط تدخيني به کمک آسمانی صاف و بادهاي سبك
تقویت می*شود و بيشتر در تابستان رخ می*دهد.
شرايط لازم براي تشکیل ستون دود بالارونده[4]، شكل 3-18 (ه) ، عکس شرايط تدخيني است. یک لايه وارونگي در پايين و یک لايه ناپايدار نیز درون ستون دود و بالای آن قرار دارد. در این حالت آلاينده*ها بدون هيچ غلظت قابل ملاحظه*اي در سطح زمين پخش مي*شوند، بنابراین حالتی مطلوب به*حساب می*آید. با اینکه حالت تدخيني در آغاز روز و پس از طلوع آفتاب شكل مي*گيرد اما، حالت بالارونده در اواخر بعدازظهر و آغاز شب، زمانی که آسمان صاف است ایجاد می*شود. در طول روز به علت تابش خورشيدي، گراديان دمايي منفي در لایه تحتانی جو شكل مي*گيرد. در اواخر بعدازظهر بازتابش از سطح زمين باعث ايجاد يك لايه وارونگي در نزديكي سطح زمين مي*گردد. همانطور كه لايه وارونگي عميق*تر مي*شود، ستون دود بالارونده به ستون دود باد*بزني تبدیل می*شود. بنابراین حالت بالارونده اساسا شرایطی موقتی است. زمانی كه يك لایه وارونگي هم در بالا و هم در پايين ارتفاع دودكش وجود دارد حالت به دام افتادگی[5] اتفاق *می*افتد. همان*گونه كه در شكل 3-18 (و) نشان داده شده است، در این حالت پخش آلاينده*ها شديداً به فاصله بين دو لايه وارونگی محدود مي*گردد.
عوارض کلی سطح زمین* در اطراف دودكش و موقعيت و طبیعت ساختمان*ها نسبت به موقعیت آن تأثير به*سزايي بر رفتار ستون دود دارد. شكل 3-19 اثر وجود یک ساختمان واقع در منطقه*ا*ی باز را بر الگوي جريان باد نشان مي*دهد. توجه كنيد كه منطقه ریزش دود[6] درست در پايين دست جريان باد در کنار ساختمان اتفاق مي*افتد. همانگونه كه نمودار سرعت در کنار ساختمان نشان می*دهد، پس از عبور جریان باد از روی ساختمان جهت جريان در نزديكي سطح زمين معكوس مي*گردد. هنگامي كه دودكش در بالا دست يك ساختمان قرار مي*گيرد، شكل3-20(الف)، تاثیر آيروديناميكی جريان پس*ریزش[7] بر پخش آلاينده*ها به وضوح آشکار می*گردد. اگر ارتفاع دودكش به اندازه كافي بلند نباشد، طبیعت جريان بالاي ساختمان باعث ايجاد جريان پس*ریزش مي*گردد. بنابراين، غلظت* آلاينده*ها در پايين دست ساختمان تشديد مي*گردد. هرقدر ارتفاع دودكش كمتر باشد وضعیت بدتر مي شود. وقتي يك دودكش در پايين دست يك ساختمان قرار *گيرد نیز شرايط مشابهي بوجود خواهد آمد.
جريان عبوری از ساختمانی كه در بالا دست دودكش قرار داد باعث می*شود گازهای خروجي از دودكش سريعاً به سطح زمين نزول کند. اين امر خصوصاً زمانی كه ساختمان بلندتر از
شكل 3-19: آرایش کلی الگوی جریان اطراف یک ساختمان با لبه*های صاف
(Source: D.H. Slade, ed. Meteorology and Atomic Energy. Washington. D.C,: AEC,1968)

دودكش است، رخ میدهد. نهايتاً، همانطور که در شكل 20-3 (ب) دیده می*شود، حالتی را در نظر بگیرید که یک دودكش بالاتر يا بلافاصله در مجاورت يك ساختمان قرار گرفته است. مشخص*است که وجود ساختمان تاثیر چنداني بر جريان هواي خروجی از دودكش بلند ندارد. نتایج حالتی که دودكش چندان بلندتر از ساختمان نباشد به آساني قابل تصور است. در چنين شرایطی یک راه*کار عملی مناسب این است*که برای جلوگیری از اثر ساختمان بر آلاینده*های خروجی از دودکش و انتقال آنها به سطح زمین، ارتفاع دودكش باید حداقل 5/2برابر ارتفاع ساختمان باشد.(به بخش4-2- الف از فصل2، رهنمودهای طراحی صحيح مهندسي[1] GEP، مراجعه کنید). بسياري از مدل*هاي انتشار EPA*، شامل الگوريتم*هايي به منظور محاسبه اثر ریزش ساختمان*ها مي*باشد (به فصل 4 مراجعه کنید).
[IMG]file:///C:\Users\DR951A~1.KAL\AppData\Local\Temp\msohtmlcl ip1\01\clip_image002.jpg[/IMG]
شكل 20-3: (الف) تاثیر آئرودینامیکی یک ساختمان واقع در پائین*دست یک دودکش بر پخش گازهای خروجی ؛ (ب)تاثیر یک دودکش در بالای یک ساختمان یا مستقیما در مجاورت یک ساختمان بر پخش آلاینده*ها در پائین دست باد
(Source: G.A Briggs. Plume Rise. AEC Critical Review Series, 1969)


[1]-good engineering practice guidelines


[1]-looping

[2]-coning

[3]-fanning

[4]-lofting

[5]-trapping

[6]-downwash

[7]-backwash