способ активации льдообразующих аэрозолей

Формула изобретения

Способ активации льдообразующих аэрозолей, вводимых в облачную среду или туман, включающий охлаждение аэрозоля до образования ледяной фазы на поверхности дисперсных частиц, отличающийся тем, что перед охлаждением аэрозоль смешивают с атмосферным воздухом, имеющим температуру не выше 5^oС и сжатым до давления, по величине вдвое большего давления во внешней среде, а охлаждение до образования ледяной фазы осуществляют адиабатическим расширением указанной смеси аэрозоля с воздухом до ее пересыщения водяным паром и до температуры спонтанной кристаллизации образующейся при этом воды путем пропускания этой смеси через сопло, формирующее в облачной среде или тумане струю, имеющую звуковую скорость.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к метеорологии, в частности агрометеорологии, и может быть использовано для воздействия на облака, рассеивания туманов, вызывания осадков, предотвращения града.

Наиболее эффективное из применяемых на практике средств воздействия на атмосферные образования кристаллизующий реагент AgJ легко диспергируется, но имеет порог кристаллизации -6^oC. Известные органические реагенты (метальдегит, флороглюцин, 1,5-диоксинафталат и др.) имеют порог кристаллизации близкой к 0^oC, но плохо диспергируются [1]

Поэтому интенсивно ведется поиск путей активизации льдообразующих свойств и повышения порога кристаллизации реагентов.

Известный способ активизации свойств льдообразующих аэрозолей предусматривает охлаждение последних, получаемых из пиросоставов при введении в облачную среду или туман хладагентами до температуры, при которой на частицах аэрозоля появляются зародыши ледяной фазы, которые в дальнейшем способны расти в слабопереохлажденном облаке или тумане [2]

Практическое применение этого способа затруднено из-за того, что в облачную среду приходится вводить совместно кристаллизующий реагент и хладагент для его активации, сохраняя при их введении в облако ледяную фазу для дальнейшего роста кристаллов, что создает значительные технические сложности.

Техническим результатом, ожидаемым от использования заявленного изобретения, увеличение активности льдообразующих аэрозолей с сохранением при введении их в облако зародышей ледяной фазы при одновременном упрощении технического обеспечения процесса. Изобретение позволяет использовать как естественные аэрозоли, так и специально изготавливаемые за счет повышения порога их кристаллизации.

Технический результат достигается тем, что в известном способе активации льдообразующих аэрозолей, вводимых в облачную среду или туман, включающем охлаждение аэрозоля до образования ледяной фазы на поверхности дисперсных частиц, аэрозоль перед охлаждением смешивают с атмосферным воздухом, имеющим температуру не выше 5^oC и сжатым до давления, по величине вдвое большего давления во внешней среде, а охлаждение до образования ледяной фазы осуществляют адиабатическим расширением указанной смеси аэрозоля с воздухом до ее пересыщения водяным паром и до температуры спонтанной кристаллизации образующейся при этом воды путем пропускания этой смеси через сопло, формирующее в облачной среде или тумане струю, имеющую звуковую скорость.

На фиг. 1 и 2 показано устройство, используемое для осуществления способа активации аэрозолей, соответственно, до и во время выпуска струи в атмосферу.

Для осуществления способа в баллон 1 используемого устройства с помощью компрессора 2 закачивается смесь воздуха с требуемым аэрозолем. Для достижения звуковой (критической) скорости струи смеси, которая будет истекать из расположенного после крана 3 сопла 4, в баллоне 1 создается давление, по величине вдвое большее давления в среде, в которую будет вводиться смесь. Воздух, с которым смешивают аэрозоль, должен иметь температуру до 5^oC или 5^oC.

Необходимая величина температуры смеси на входе в сопло обусловлена условием достижения спонтанного замерзания капель воды (температура такого замерзания для воды -38 ^oC -41^oC), которое позволяет активировать воздействие на облако или туман. Температура в сопле рассчитывается из уравнения Пуассона [3] по формуле

t₂ 0,83t₁ 46,7,

где t₁ температура воздуха перед входом в сопло;

t₂ температура в сопле.

Сопло имеет криволинейный профиль захода для обеспечения критической (звуковой) скорости выходящей из него струи [4] В сопле с таким профилем при звуковой скорости потока сохраняется его ламинарность, и частицы (капли) прижимаются к оси сопла, попадая в область максимальных пересыщений водяного пара, что способствует быстрому превращению их в капли и дальнейшему росту. Струя сохраняется на расстоянии от сопла примерно до десяти его диаметров. В результате истечения струи смеси со звуковой скоростью происходит ее адиабатическое расширение в атмосферной среде, и резкое охлаждение с зарождением на аэрозольных частицах и на порах капель воды со спонтанным замерзанием. Зародыши льда быстро растут в слабопереохлажденном облаке или тумане.

В конкретном примере реализации использовался сжатый до давления, вдвое большего по величине атмосферного, обычный атмосферный воздух с температурой около 5^oC без всяких специальных примесей. Этот воздух вводился в обрабатываемую среду с температурой около 0^oC. В результате истечения струи в 1 см³ атмосферной среды образовывалось до 10⁴ кристаллов льда, что примерно равно количеству естественных аэрозолей, находящихся в атмосферном воздухе. При наличии специального давления аэрозоля концентрация кристаллов возрастает.

Таким образом, использование данного способа позволяет активировать (превращать в кристаллизующий реагент) любые аэрозоли, в том числе естественные, находящиеся в атмосферном воздухе, существенно расширяя диапазон воздействия на среду за счет использования всего интервала температур от 0 до -6^oC, в котором зарождение частиц осадков.

Источники информации

1. Плауде Н.О. и др. Льдообразующие аэрозоли для воздействия на облака. Гидрометеорология, сер. Метеорология, обзорная инф. вып. 5, Обнинск, 1979.

2. Активация льдообразующих пиротехнических аэрозолей хладоагентами. Власюк М.П. и др. Тезисы всес. конф. по активным воздействиям на гидрометеорологические процессы, 22-25 октября 1991, Нальчик.

3. Саркисов С.Л. и др. Методика исследования атмосферных аэрозолей при помощи импакторных ловушек. Тр. ВГИ, вып. 19, Гидрометеоиздат, 1971, с. 132-148.

4. Rober R. Staub, 1957, Heft 48, 41, Heft 49,273, Heft 50, 418.