Внесистемные единицы и единицы СИ

Введение
Универсальность СИ обеспечивается тем, что семь основных единиц, положенных в ее основу, являются единицами физических величин, отражающих основные свойства материального мира и дают возможность образовывать производные единицы для любых физических величин во всех отраслях науки и техники. Этой же цели служат и дополнительные единицы, необходимые для образования производных единиц, зависящих от плоского и телесного углов. Преимуществом СИ перед другими системами единиц является принцип построения самой системы: СИ построена для некоторой системы физических величин, позволяющих представить физические явления в форме математических уравнений; некоторые из физических величин приняты основными и через них выражаются все остальные - производные физические величины. Для основных величин установлены единицы, размер которых согласован на международном уровне, а для остальных величин образуются производные единицы. Построенная таким образом система единиц и входящие в нее единицы называются когерентными, так как при этом выдержано условие, что соотношения между числовыми значениями величин, выраженными в единицах СИ, не содержат коэффициентов, отличных от входящих в первоначально выбранные уравнения, связывающие величины. Когерентность единиц СИ при их применении позволяет до минимума упростить расчетные формулы за счет освобождения их от переводных коэффициентов.
Внесистемная единица — единица физической величины, не входящая ни в одну из систем единиц, или, в более широком смысле, единица, не входящая в систему единиц, применяемую в конкретном случае. В качестве примеров внесистемных единиц можно привести миллиметр ртутного столба, лошадиную силу и т. п. Продолжающееся существование единиц, не входящих в систему СИ, частично связано с тем, что некоторые внесистемные единицы по своей величине весьма удобны для специализированных отраслей науки и техники.
Внесистемные единицы и единицы СИ, применяемые при оценке экологических показателей автомобиля в условиях их эксплуатации.
Основным загрязнителем атмосферного воздуха является автомобильный транспорт. В крупных городах на долю автотранспорта приходится более 70 % всех вредных выбросов в атмосферу.
Загрязнители воздуха могут находиться в газообразном (в том числе пары), жидком (аэрозоли) и твердом (пыли) состоянии. Рассмотрим принципы нормирования загрязнителей воздуха для данных случаев.
Концентрация определяемого компонента газовой смеси в газообразном состоянии может выражаться в весовых, объёмных единицах и в частях по объёму.
Весовая концентрация – это весовое количество (в мг или г) газа в 1л (или м3) смеси.
Объёмная концентрация – число объёмов газа в 100 объёмах смеси (выражается в объёмных процентах).
Концентрация в частях по объёму – это объём газа, содержащийся в 1 000 000 (ррм) или в 1 000 000 000 (ррв) объёмах смеси.
Концентрации определяемого компонента в зависимости от его объёмного содержания в смесях делят: на макроконцентрацию (от 0.01 до 100%), микроконцентрацию (от 10-4 до 0.01%), ультрамикроконцентрацию (менее 10-4%).
Для "идеальных" газов переход от одних выражений концентрации газов к другим производится по уравнениям:
Б = 10000 . А;
А = (6,236 . 10-3 . Т / (М . Р)) . В;
В = (160,4 М . Р / Т) . А,
где А, Б, В – соответственно объёмная, %, в частях по объёму, ррм и весовая, мг/м3 концентрация газа в смеси; М – молекулярный вес газа; Р– общее давление газовой смеси, мм рт ст.; Т – температура, К.
При нормальных условиях (Р = 760 мм рт ст., Т = 293К) выражения имеют вид:
Б = 10000 . А;
А = (2,24 / М) . В;
В = (10 . М / 22,4) . А.
Кроме газов в смесях могут присутствовать пары веществ. Парами называют газообразные компоненты веществ при температурах меньших температур их кипения. Наиболее распространены пары воды. Их концентрация выражается следующими величинами:
1. Абсолютная влажность а, г/м3.
2. Упругость водяного пара е, или его парциальное давление, выражаемое в мм.рт.ст. или в мб. С абсолютной влажностью она связана выражениями:
а = (217 / Т) . е, при е измеряемой в мб,
а = (289,4 / Т). е, при е измеряемой в мм рт ст.
3. Относительная влажность τ – отношение упругости водяного пара в воздухе к давлению насыщенного пара Е при данной температуре. Вычисляется по формуле:
τ = (е / Е) . 100%.
4. Дефицит влажности d - разность между максимальной и фактической упругостью водяного пара при данных температуре и давлении:
d = Е - е, мб.
5. Осажденный слой воды ω, характеризующий толщину слоя воды, которая получится при полной конденсации водяного пара в данной толще воздуха. Величина осажденного слоя паров воды связана с их абсолютной концентрацией а выражением:
ω = а . l / (1000 . ρ) , м.
где l – толщина слоя газовой смеси, из которого производится осаждение, м; ρ – плотность осажденной жидкости, кг/м3.
6. Удельная влажность q - масса водяного пара в единице массы влажного воздуха. Описывается формулой
q = 0,622 . е / (Р- 0,378 . е).
где Р – давление воздуха, измеряемое в тех же единицах, что и е.
7. Точка росы ψ – температура воздуха, оС, охлажденного до состояния насыщения находящегося в нем пара. С упругостью водяного пара связана выражением:
е = Е .10 7,5 ψ / (237,3 + ψ).
Рассмотрим оценки экологических показателей автомобиля в условиях их эксплуатации.
В соответствии со способом расчета вещества выделяются в четыре группы:
Вещества группы 1 (вещества, выбросы которых определяются различными режимами движения МТС);
Вещества группы 2 (вещества, выбросы которых зависят от потребления топлива МТС и определяются как доля потребления топлива);
Вещества группы 3 (вещества, выбросы которых определяются в зависимости от пробега МТС);
Вещества группы 4 (детализированные неметановые летучие органические соединения, которые определяются как доля общего выброса неметановых летучих органических соединений НМЛОС).
При расчете выбросов загрязняющих веществ используются три градации МТС, в каждой представлены показатели и единицы измерения.
Градация МТС-1 используется при расчете выбросов загрязняющих веществ и парниковых газов на основе данных натурных обследований транспортного потока;
Градация МТС-2 используется при расчете выбросов загрязняющих веществ и парниковых газов на основе данных прогнозируемой транспортной нагрузки;
Градация МТС-3 используется при расчете выбросов загрязняющих веществ и парниковых газов в случае отсутствия данных о структуре транспортного потока либо при автоматизированном сборе данных при помощи детекторов транспорта.
Расчет выбросов загрязняющих веществ и парниковых газов
Выбросы веществ группы 1 E1i – определяются как сумма выбросов:
1) при движении транспортного потока;
2) остановке (торможении-разгоне);
3) задержке (работе «на холостом ходу») и рассчитываются по формуле:
где Emi – выбросы i-го вещества в атмосферный воздух при движении транспортного потока, г;
Esi – выбросы i-го вещества в атмосферный воздух при остановке (торможении-разгоне), г;
Edi – выбросы i-го вещества в атмосферный воздух при задержке движения (работе «на холостом ходу»), г;
K1 – поправочный коэффициент, учитывающий долю в транспортном потоке МТС расчетных моделей ЛБ и ЛД с холодным (не разогретым) двигателем, определяется по табл.;
K2 – поправочный коэффициент, учитывающий продольный уклон проезжей части;
K3 – поправочный коэффициент, учитывающий состояние покрытия проезжей части.
Выбросы i-го вещества Emi в атмосферный воздух при движении транспортного потока рассчитываются по формуле^
где qmij – удельные выбросы i-го вещества при движении j-гo типа МТС в зависимости от скорости движения V, г/авт · км (грамм на один автомобиль на один километр);
V – скорость транспортного потока, км/ч;
L – длина участка УДС, км;
Оj – объем движения j-го типа МТС, авт.;
п – количество типов МТС, определяемое по табл.
Выбросы i-го вещества Esi в атмосферный воздух при остановке (торможении-разгоне) транспортного потока, рассчитываются по формуле:
где qsij – удельные выбросы i-го вещества при остановке (торможении-разгоне) j-гo типа МТС, г/ост. (грамм на одну остановку); определяются по табл;
S – удельное количество остановок транспортного потока, ост./авт. (остановок на один автомобиль);
K – коэффициент коррекции выбросов в зависимости от скорости движения транспортного потока; определяется по табл;
Оj – объем движения j-го типа МТС, авт.;
п – количество типов МТС, определяемое по табл.
Выбросы i-го вещества Edi в атмосферный воздух при задержке движения (работе «на холостом ходу») рассчитываются по формуле:
где dq ij – удельные выбросы i-гo вещества при задержке j-гo типа МТС, г/мин; определяются по табл;
D – удельная задержка транспортного потока, мин/авт. (минут на один автомобиль);
О – объем движения j-го типа МТС, авт.;
п – количество типов МТС, определяемое по табл.
Выбросы веществ группы 2 E2i определяются как доля от потребленного топлива при движении транспортного потока, при остановке (торможении-разгоне) и задержке (работе «на холостом ходу») и рассчитываются по формуле:
где q2ij – удельное содержание i-гo вещества группы 2 в продуктах сгорания топлива, г/кг (грамм на килограмм топлива); определяется по табл;
п – количество типов МТС, определяемое по табл.;
Fj – потребленное топливо МТС j-гo типа в зависимости от скорости движения V (г), определяемое по формуле:
где – потребленное топливо при движении транспортного потока, г (qmij – удельное потребление топлива при движении j-го типа МТС в зависимости от скорости движения V, г/авт · км; определяется по табл.;
– потребленное топливо при остановке (торможении-разгоне) транспортного потока, г ( qsij – удельное потребление топлива при остановке (торможении-разгоне) j-го типа транспортного средства, г/ост; определяется по табл.);
– потребленное топливо при задержке (работе «на холостом ходу») транспортного потока, г (qdij – удельное потребление топлива при задержке (работе «на холостом ходу») j-го типа МТС г/мин; определяется по табл.).
Выбросы веществ группы 3 E3i определяются в зависимости от пробега МТС и рассчитываются по формуле:

где q3ij – удельные выбросы i-гo вещества группы 3 при пробеге j-гo типа МТС, г/авт · км; определяются по табл.;
L – длина участка УДС, км;
Оj – объем движения j-го типа транспортного средства, авт.;
п – количество типов МТС, определяемое по табл.
Выбросы веществ группы 4 E4i определяются как доли от рассчитанных в соответствии с формулой выбросов неметановых летучих органических соединений (НМЛОС –E1NMVOC) по формуле:
где 4i – доля i-го вещества группы 4 в НМЛОС, %; определяется по табл.;
Еeν – выброс летучих органических соединений (ЛОС) только для расчетной модели ЛБ при испарении из топливной системы вне процесса сгорания, г; определяется по формуле
где qv – выброс летучих органических соединений (ЛОС) при испарении из топливной системы при движении МТС, г/авт · км; определяется по табл.;
L – длина участка УДС, км;
Оj – объем движения j-го типа транспортного средства, авт.;
Nр – среднее количество МТС на стоянке (загрузка стоянки), авт. (принимается Nр = 0,1ЛБ);
qр – удельный выброс летучих органических соединений (ЛОС) при испарении из топливного бака при стоянке МТС из-за суточного колебания температур, г/(сут · авт.) (грамм в сутки на один автомобиль); определяется по табл.;
Nо – среднее количество постановок на стоянку МТС, авт. (принимается Nо=3);
qо – удельный выброс летучих органических соединений (ЛОС) при остывании МТС, г/(сут · авт.); определяется по табл.;
Т – продолжительность расчетного периода, сут;
e – доля i-го вещества группы 4 в НМЛОС, испаряющегося из топливной системы, %; определяется по табл.
Нормируемым параметром дымности является коэффициент поглощения света k. Коэффициент поглощения света k (м–1) – это величина, обратная толщине слоя отработанных газов, проходя который поток излучения от источника света дымомера ослабляется в е раз. Дымность ТС не должна превышать величину предельно допустимого значения коэффициента поглощения KL (м–1).
Для оценки выбросов загрязняющих веществ в отработанных газах транспортных средств, работающих на бензине или газовом топливе, измеряют содержание оксида углерода и углеводородов в отработанных газах. Содержание оксида углерода и углеводородов в отработанных газах измеряют при работе двигателя в режиме «холостого хода» на минимальной (nmin) и повышенной (nпов) частотах вращения коленчатого вала двигателя, установленных изготовителем ТС.
При отсутствии данных изготовителя ТС:
а) значение nmin не должно превышать:
– 1100 мин–1 для ТС категорий М1 и N1;
– 900 мин–1 для ТС остальных категорий;
б) значение nпов устанавливают в пределах:
– 2000–3500 мин–1 для ТС категорий М1 и N1;
– 2000–2800 мин–1 для ТС остальных категорий.
Требования по экологии для ТС и применяемые единицы измерения.
Вредные вещества Категории транспортных средств Единицы измерения
Оксид углерода (СО) Легковые г/км
Грузовые менее 3,5 т г/км
Грузовые свыше 3,5 т (газовые, дизельные) г/кВт.чУглеводороды (СН) Легковые г/км
Грузовые менее 3,5 т г/км
Грузовые свыше 3,5 т (газовые, дизельные) г/кВт.чУглеводороды и оксиды азота (СН+NOx) Легковые г/км
Грузовые менее 3,5 т г/км
Грузовые свыше 3,5 т, автобусы (дизельные) г/кВт.чОксиды азота (Nox) Легковые г/км
Грузовые менее 3,5 т г/км
Грузовые свыше 3,5 т, автобусы (газовые, дизельные) г/кВт.чЧастицы (дизели) Легковые г/км
Грузовые менее 3,5 т г/км
Грузовые свыше 3,5 т, автобусы (газовые, дизельные) г/кВт.ч