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数学建模论文-垃圾焚烧污染物环境监测及布点.docx

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资源描述

1、2016年天津职业技术师范大学数学建模竞赛承诺书 我们仔细阅读了天津职业技术师范大学数学建模竞赛的竞赛规则, 我们完全明白,在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式(包括电话、电子邮件、网上咨询等)与对外的任何人(包括指导教师)研究、讨论与赛题有关的问题。 我们知道,抄袭别人的成果是违反竞赛规则的,如果引用别人的成果或其他公开的资料(包括网上查到的资料),必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。 我们郑重承诺,严格遵守竞赛规则,以保证竞赛的公正、公平性。如有违反竞赛规则的行为,我们将受到严肃处理。 我们参赛选择的题号是(从A/B中选择一项填写): A 参赛队员:1. 柳镇

2、2. 袁应梅 3. 邢静 日期: 2016 年 5 月 1 日2016年天津职业技术师范大学数学建模竞赛编号专用页赛区评阅编号(由赛区组委会评阅前进行编号):赛区评阅记录(可供赛区评阅时使用): 评 阅 人 评 分 备 注全国统一编号(由赛区组委会送交全国前编号):全国评阅编号 (由全国组委会评阅前进行编号):摘要垃圾焚烧厂即使按照国家标准排放,由于在一定区域面积内排放总量如果过高也会对周围环境和居民正常生活造成影响,污染气体排放的速率直接影响周围环境单位面积的有害气体浓度。对于废气处理的布袋除尘系统受到很多客观因素的影响,其效率和寿命都会在不同的程度上降低。布袋除尘器的稳定性与其折损率速率息

3、息相关。真对问题一,可以利用反演法利用大气环境质量模型,在确定大气环境质量标准情况下,通过模型反演可以计算控制区域各种污染物的排放总量,也可以规划新源的位置、源强和排放高度。然后利用高斯烟羽模建立matlab图像,可直观看出污染气体的空间分布浓度,方便政府对环境进行综合检测。针对问题二,假设新的除尘系统为理想模型,定义其稳定性为1,布袋除尘器的稳定性和布袋除尘器的折损率成线性关系,当折损率为0时,其稳定性为1,随着折损率的无限增大,稳定性不断减小无限趋近于x轴,可以判定二者为自变量(0,)的指数函数对于折损率根据表3数据最小二乘法拟合出线性回归方程图形,根据图像的自变量系数b设定为折损速率。即

4、可求出布袋除尘器的稳定性。理想稳定性=布袋除尘器稳定性*(1+稳定性提升)。关键字: 模型反演;高斯烟雨;最小二乘法拟合;指数函数。1问题重述现行垃圾焚烧除尘工艺不能持续稳定运行的缺陷,是致使社会公众对垃圾焚烧产生危害疑虑的主要原因。因此,量化分析布袋除尘器运行稳定性问题,不仅能深入揭示现行垃圾焚烧烟气处理技术缺陷以期促进除尘技术进步,同时也能对优化焚烧工况控制及运行维护规程有所帮助。附件1是某垃圾焚烧发电厂布袋式烟气处理系统的部分实际运行数据,从中可以看出,布袋除尘工艺环节对整个袋式烟气处理系统的运行稳定性有决定性影响。请收集资料,综合研究现行垃圾焚烧发电厂袋式除尘系统影响烟尘排放量的各项因

5、素,构建数学模型分析袋式除尘系统运行稳定性问题,并分析其运行稳定性对周边环境烟尘排放总量的影响。1.根据给定的焚烧厂周边范围单位面积排放总量限额(地区总量/地区面积),在除尘系统稳定的前提下,计算垃圾焚烧厂高架源允许排放量以及面源允许排放量,预测其对环境浓度的贡献值,综合分析讨论焚烧厂扩建规模的环境允许上限。 2.采用高斯模型对垃圾焚烧厂周围环境的检测及布点,考虑周围区域气象条件、地形特征,通过所选取的各个参数以及数据统计,创建相对应的数学模型,提出环境保护综合监测建议方案。3.选定某某垃圾发电厂除尘器基本运行状况的数据参考值,根据一炉、二炉使用布袋、折损布袋的具体数据,利用最小二乘法拟合求出

6、除尘器效率值,确定除尘模型稳定性能提升值2问题分析针对问题一利用模型反演,反演法利用大气环境质量模型,在确定大气环境质量标准的情况下,通过模型反演,可以计算控制区域各种污染物排放总量。可以以一种污染物例如二恶英的排放来计算出二恶英在不影响环境和居住的况下的环境允许上线,即二恶英的总排放量。针对第二问可以建立在第一问的基础上建立高斯烟羽模型,通过Matlab编程直观的做出污染物浓度分布图,方便政府对环境的检测。针对第三问布袋除尘器的稳定性与布袋除尘器的这损率有关,布袋除尘器的折损率可通过表四相关数据建了最小二乘法拟合模型MATLAB实现,可以得到损耗累计与时间的函数,利用线性回归方程求出b值即为

7、折损速率。折损速率和稳定型之间存在线性关系,当折损率0时,稳定性为1,当这损率不断变大,稳定性也不断变小,不断趋近于x轴,由此可见二者为指数关系。由折损率即可求出相应的稳定度。新型的除尘器的稳定度为理性状态的,稳定度为1,即可求出除尘模型稳定性能的提升。3符号说明 排放点为原点 高强源排放强度 地区面源源强 烟流扩散中心线 Y轴距离 高架源转化系数 面源转化系数 污染物平衡浓度预测值 高架源的大气环境目标 上风向大气环境背景浓度值 进入箱体的平均风速 H 箱体内高度,大气混合层的高度 L 箱的长度 a 常数自定义(0a1) 1炉折损率 2炉折损率 平均折损率Y 稳定性Y0 理想稳定性Y1 布袋

8、除尘器稳定性M 为稳定性提高百分率3. 模型假设1. 风速设定为平均风速;2. 地形为平坦城市区域;3. 大气稳定度设定为cd;4. 污染物排放标准以国标为准;5. 烟囱的高度设定为30m;6. 稳定性以布袋折损率为影响,其他不考虑。5问题一的解答5.1模型建立与求解.用模型反演法来建了模型序号污染物名称单位GB18485-2001欧盟1992EU2000/76/EC1烟尘(mg/Nm3)8030102HCL(mg/Nm3)7550103HF(mg/Nm3)-214SOX(mg/Nm3)260300505NOX(mg/Nm3)400-2006CO(mg/Nm3)150100507TOC(mg/

9、Nm3)-20108Hg(mg/Nm3)0.20.10.059Cd(mg/Nm3)0.10.10.0510Pb(mg/Nm3)1.6-=0.511其他重金属(mg/Nm3)-6=0.512二恶英类(ng-TEQ/Nm3)1.00.10.113烟气黑度林格曼极1- 各污染物源强 污染物 排放浓度标准/mg.m 污染物源强/g.s 颗粒物 3016.096 HCL 60 32.192 SO2 100 53.654 NO2 350 187.789 汞 0.1 0.053 铅 1 0.536 二恶英 110 5.36510(1) 高架允许排放量的计算,高架源指烟囱的几何高度大于30m的排放源,在大气环

10、境影响预测中经常根据高架源排放量和面源排放量分别预测其对环境的浓度贡献值,然后叠加求总浓度,因此,污染物允许排放量的计算也按源的性质分别对待。如果预测中高架点源使用的是高斯烟流模式,那么污染物的地面浓度为: 式中的为高架源排放强度,如果以排放点为原点0,烟流扩散中心线为X轴,是指Y轴距离,其他参数均指受大气条件影响的参数,如果气象条件和Y轴的距离一定时,从上式可以看出,与排放量有关,即:以二恶英为例 = 110 Q=5.365 x10-3 =K=0.186x10-7式中的值为高架源转化系数,那么可用下式计算高架源允许排放量: =5.36510g式中:为高架源的大气环境目标。(2) 面源允许排放

11、量的计算,高架源以外的源都可以当作面源,在大气预测中面源常用箱式模型进行预测,箱模型的简单形式可表示为: =QLHB0式中:为污染物平衡浓度预测值,11010g/m3。B0为上风向大气环境背景浓度值,0mg/m3;Q为该地区面源源强,5.365g/m3s;为进入箱体的平均风速2m/s; H为箱内高度,大气混合层的高度,30m;L为箱的长度,2000m。如果气象因素稳定,城市边缘以外基本没有污染源,即B0=0,那么: =QLHKQ式中:K为面源转化系数。面源允许排放量的计算公式为: Q面源允许=面K=5.59X10-3gQ总量=5.365X10-3+5.59X10-3=10.955X10-3g所

12、以在高为30长为2000的区域内允许二恶英的排放总量为10.955x10-3g。5.2.模型的评价此模型的可考虑到众多对废气污染物的影响因素,较为准确的计算出污染物的排放总量,还可以规划新源的位置,源强和排放高度。但这些都是理想情况下的,所以数据会有偏差。6问题二的解答6.1.模型的建立与求解在问题1的基础上建立高斯烟羽模型对排放物的具体分布密度进行计算,并用matlab 绘出直观的密度分布图;6.2.模型假设(1)污染物的浓度在y、z轴上的分布是高斯分布(正态分布)的;(2)污染源的源强是连续且均匀的,初始时刻云团内部的浓度、温度呈均匀分布;(3)扩散过程中不考虑云团内部温度的变化,忽略热传

13、递、热对流及热辐射;(4)泄漏气体是理想气体,遵守理想气体状态方程;(5)在水平方向,大气扩散系数呈各向同性;(6)取x轴为平均风速方向,整个扩散过程中风速的大小、方向保持不变,不随地点、时间变化而变化;(7)地面对泄漏气体起全反射作用,不发生吸收或吸附作用;(8)整个过程中,泄漏气体不发生沉降、分解,不发生任何化学反应等模型公式推导由正态分布假设可以导出下风向任意一点X(x,y,z)处泄漏气体浓度的函数为:(1)由概率统计理论可以写出方差的表达式为:由假设可以写出源强的积分公式式中:ys、zs为泄漏气体在y、z方向分布的标准差,单位为m;X(x,y,z)为任一点处泄漏气体的浓度,单位为kg/

14、m3;u为平均风速,单位为m/s;Q为源强(即泄漏速度),单位为kg/s;将(1)式代入(2)式,积分可得将(1)式和(4)式代入(3)式,积分可得再将(4)式和(5)式代入(1)式,可得:上式为无界空间连续点源扩散的高斯模型公式,然而在实际中,由于地面的存在,烟羽的扩散是有界的。根据假设可以把地面看做一镜面,对泄漏气体起全反射作用,并采用像源法处理,原理如图2.2所示。可以把任一点p处的浓度看做两部分的贡献之和:一部分是不存在地面时所造成的泄漏物浓度;一部分是由于地面反射作用增加的泄漏物浓度。该处的泄漏物浓度即相当于不存在地面时由位于(0,0,H)的实源和位于(0,0,-H)的像源在P点处所

15、造成的泄漏物浓度之和。其中,实源的贡献为其中,像源的贡献为则该处的实际浓度为由以上条件公式可得到高架连续点源扩散的高斯烟羽模型公式为其中:X(x,y,z)为下风向x米、横向y米、地面上方z米处的扩散的气体浓度,单位为kg/m3;Q为源强(即源释放速率),单位为kg/s;u为平均风速,单位为m/s;ys为水平扩散参数,单位为m;zs为垂直扩散参数,单位为m/t. 为泄漏后是时间,单位为s;H为泄漏源有效高度,单位为m;y为横向距离,单位为m;z为垂直方向距离,单位为m。如:式中,令z=0,即可得到地面气体浓度计算公式:令y=z=0,即可得到地面轴线气体浓度计算公式:其中,X(x,y,0)为下风向

16、x米、横向y米处的地面扩散气体浓度,单位为kg/m3;若令y=0,则可以得到下风向中心线上的浓度分布6.3. 结果分析政府可以根据途中污染物的分布密度来检测有害气体的污染情况。6.3模型的评价此模型的优点是把各种因素都考虑进去了,与实际情况相吻合,对污染物浓度的分析比较可靠。缺点是有很多因素都在不停地变化,所以计算结果有一定的偏差。7问题三的解答7.1模型的建立对表三进行分析,用最小二乘法拟合求出时间与损坏累计量的关系有线性回归进行分析求解b 因为稳定系数最大为1,所以=1,因为当损耗速率为1056时Y0,取Y等于非常小的数即设为1x108Y1=a29.036(0a=0&x1000);%水平扩

17、散系数sigz=gam2*x.alp2.*(x=0&x1000);%垂直扩散系数u=2;%风速cs2=0.0000001;z=30;%高度 Qpi=2*Q./(2*pi*u.*sigy.*sigz+eps);%计算公式第一部分ex1=exp(-0.5*(y./(sigy+eps).2);%计算公式第二部分ex2=exp(-0.5*(z-cs)./(sigz+eps).2)+exp(-0.5*(z+cs)./(sigz+eps).2);%计算公式第三部分C=Qpi.*ex1.*ex2;%计算扩散气体浓度 contour(x,y,C); shading flat;colorbar;xlabel(x

18、轴下风向距离(m),ylabel(y轴向距离(m),zlabel(气体扩散浓度),Cmax,I=max(C(:);%计算c的最大值(Cmax),并得到下标xmax=x(I);%利用下标得到x的最大值(xmax)axis(0,3000,-200,200);grid onmatlab程序2用matlab进行求解x=1,2,3,4,5,6;y1=25,80,83,87,107,113;y2=22,85,97,142,208,229;p1=polyfit(x,y1,2);p2=polyfit(x,y2,2)x1=0.5:0.05:3.0;y3=polyval(p1,x1); y4=polyval(p2

19、,x1);plot(x,y1,*r,x1,y3,-b,x,y2,+g,x1,y4,.y);grid on;ylabel(累计消耗个数);xlabel(时间段);axis(0,8,0,130);title(布袋除尘折损率)1. 基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究2. 基于单片机的嵌入式Web服务器的研究 3. MOTOROLA单片机MC68HC(8)05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究 4. 基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制 5. 基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究 6. 基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正(STR)

20、调节器7. 单片机控制的二级倒立摆系统的研究8. 基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现 9. 基于单片机的蓄电池自动监测系统 10. 基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究11. 基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究 12. 基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发 13. 基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制 14. 基于单片机的自动找平控制系统研究 15. 基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发 16. 基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发 17. 模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现 18. 一种基于单片机的轴快流CO,2激光器的手持

21、控制面板的研制 19. 基于双单片机冲床数控系统的研究 20. 基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制 21. 基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制 22. 基于单片机的软起动器的研究和设计 23. 基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究 24. 基于单片机的机电产品控制系统开发 25. 基于PIC单片机的智能手机充电器 26. 基于单片机的实时内核设计及其应用研究 27. 基于单片机的远程抄表系统的设计与研究 28. 基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制 29. 基于微型光谱仪的单片机系统 30. 单片机系统软件构件开发的技术研究 31. 基于单片机的液体点

22、滴速度自动检测仪的研制32. 基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制 33. 基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用 34. 基于单片机的光纤光栅解调仪的研制 35. 气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制 36. 基于单片机的数字磁通门传感器 37. 基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究 38. 基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究 39. 单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制 40. 基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪 41. 基于单片机的电机运动控制系统设计 42. Pico专用单片机核的可测性设计研究 43. 基于MCS-51单片机的热量计 44. 基于

23、双单片机的智能遥测微型气象站 45. MCS-51单片机构建机器人的实践研究 46. 基于单片机的轮轨力检测 47. 基于单片机的GPS定位仪的研究与实现 48. 基于单片机的电液伺服控制系统 49. 用于单片机系统的MMC卡文件系统研制 50. 基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究 51. 基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究 52. 单片机控制的后备式方波UPS 53. 提升高职学生单片机应用能力的探究 54. 基于单片机控制的自动低频减载装置研究 55. 基于单片机控制的水下焊接电源的研究 56. 基于单片机的多通道数据采集系统 57. 基于uPSD3234单片机的氚表面污染

24、测量仪的研制 58. 基于单片机的红外测油仪的研究 59. 96系列单片机仿真器研究与设计 60. 基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造 61. 基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现 62. 基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制 63. 基于单片机的气体测漏仪的研究 64. 基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器 65. 基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究 66. 基于单片机的膛壁温度报警系统设计 67. 基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计 68. 基于单片机船舶电力推进电机监测系统 69. 基于单片机网络的振动信号的采集系统 70

25、. 基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究 71. 基于单片机的叠图机研究与教学方法实践 72. 基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现 73. 基于AT89S52单片机的通用数据采集系统 74. 基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究 75. 机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统 76. 基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究77. 基于单片机系统的网络通信研究与应用 78. 基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究79. 基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究 80. 基于双单片机冲床数控系统的研究与开发 81. 基于Cygnal单片机的

26、C/OS-的研究82. 基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究 83. 基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现 84. 变频调速液压电梯单片机控制器的研究 85. 基于单片机-免疫计数器自动换样功能的研究与实现 86. 基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现 87. 单片机嵌入式以太网防盗报警系统 88. 基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现 89. 单片机监测系统在挤压机上的应用 90. MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用 91. 基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用92. 单片机在高楼恒压供水系统中的应用 93.

27、基于ATmega16单片机的流量控制器的开发 94. 基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计95. 基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计 96. 基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发 97. 锅炉的单片机控制系统 98. 基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计 99. 基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制 100. 一种RISC结构8位单片机的设计与实现 101. 基于单片机的公寓用电智能管理系统设计 102. 基于单片机的温度测控系统在温室大棚中的设计与实现103. 基于MSP430单片机的数字化超声电源的研制

28、104. 基于ADC841单片机的防爆软起动综合控制器的研究105. 基于单片机控制的井下低爆综合保护系统的设计 106. 基于单片机的空调器故障诊断系统的设计研究 107. 单片机实现的寻呼机编码器 108. 单片机实现的鲁棒MRACS及其在液压系统中的应用研究 109. 自适应控制的单片机实现方法及基上隅角瓦斯积聚处理中的应用研究110. 基于单片机的锅炉智能控制器的设计与研究 111. 超精密机床床身隔振的单片机主动控制 112. PIC单片机在空调中的应用 113. 单片机控制力矩加载控制系统的研究 项目论证,项目可行性研究报告,可行性研究报告,项目推广,项目研究报告,项目设计,项目建议书,项目可研报告,本文档支持完整下载,支持任意编辑!选择我们,选择成功!项目论证,项目可行性研究报告,可行性研究报告,项目推广,项目研究报告,项目设计,项目建议书,项目可研报告,本文档支持完整下载,支持任意编辑!选择我们,选择成功!单片机论文,毕业设计,毕业论文,单片机设计,硕士论文,研究生论文,单片机研究论文,单片机设计论文,优秀毕业论文,毕业论文设计,毕业过关论文,毕业设计,毕业设计说明,毕业论文,单片机论文,基于单片机论文,毕业论文终稿,毕业论文初稿,本文档支持完整下载,支持任意编辑!本文档全网独一无二,放心使用,下载这篇文档,定会成功!16

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