Способ определения концентрации льдообразующих ядер

Способ определения концентрации льдообразующих ядер

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

COOS СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К ABT0PCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3250472/18-10//3251151/18-10, (22) 19. 02. 81 (46) 15.06.83. Бюл. Л" 22 (72) М.Ф.Бялельдинов, В.Г.Карпов, H.À. Березинский, Г.В.Степанов, В.Г.Хоргуани, И.И.Бурцев, В.М.Спиридонов и С.Д.Смирнов (71) Государственное специальное конструкторское бюро теплофизического приборостроения и Высокогорный геофизический институт (53) 551.508.7.(088.8) .(56) 1. Langer G. Evalution ofNCAR

Jce Nucleus Counter. Pert 1. Ва51с

0peration-J.Арр1. Heteor, 1973, 12, :, р. 1000-1011.

2. Авторское свидетельство СССР .1i 679904, кл. 6 01 M 1/00, 15.08.79 ,(прототип).

„„SU„„10232 9, A (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ЛЬДООБРАЗУЮЩИХ ЯДЕР путем увлажнения пробы исследуемого воздуха, охлаждения ее до температуры на 3-4 С е выше порога нуклеации льда на аэрозольных частицах, ввода пробы исследуемого воздуха в,облачную камеру и счета образованных ледяных крис- таллов, о т л и ч à ю шийся тем, что,с целью повышения точности, ввод пробы исследуемого воздуха в облачную камеру производят перпендикулярно к ее оси и тангенциально к ее бо-, ковой стенке.

1023269 2

to

2О

25 зо

q5

Изобретение относится к измерительной технике в метеорологии и может быть использовано при моделировании природного переохлажденного облака с целью изучения льдообразующей эффективности как естественных так и искусственных аэрозолей.

Известен способ определения кон центрации льдообразующих ядер, заклю" чающийся в термостатировании исследуемого воздуха при +22 С и увлажнении его до 803 относительной влажности с последующим вводом в герметичную охлаждаемую облачную камеру. Ввод воздуха производится через центральное отверстие в ее крышке вертикаль но вниз со скоростью 2 м/с, которая является оптимальной для ,повышения процесса турбулизации и ускорения смешения теплового входящего воздуха с холодным пристенным воздухом в камере.

Воздух быстро охлаждается и льда" образующие ядра активируются, Возникшие на них ледяные кристаллы вырастают и, проходя через капилляр, стягивающий конусное дно камеры,считываются акустическим счетчиком, реагирующим на размер частиц свыше

20 мкм. Для уменьшения пересыщения, возникающего при быстром охлаждении пробы, и предотвращения быстрого роста отдельных водяных капель в камеру добавляются ядра конденсации в ко" личестве 104 на литр исследуемой пробы воздуха (I) .

Недостатком данного способа является то, что для нахождения абсолютного значения концентрации льдообразующих ядер нужно вводить ïîïðàвочный коэффициент, который зависит от условий работы счетчика. Вследствие этого условия моделирования далеки от естественных: тармостатиьзвание пробы производится при +22 С;

О излишне большая концентрация капель из-за введения дополнительных ядер конденсации; черезмерно быстрое охлаждение пробы от +22 до -20 С; большая начальная скорость движения пробы по оси камеры, приводящая к свечеобразному профилю полей температуры и пересыщения в камере и др.

Из-за того, что крупные кристаллы оседают на стенках конуса и не попадают в счетчик, снижается .точность измерений.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достнгаемому результату являешься способ определения концентрации льдообразующих ядер путем увлажнения пробы исследуемого воздуха, охлаждения ее до температуры на 3-4оС выше порога нуклеации льда на аэрозольных частицах, ввода пробы исследуемого воздуха в облачную камеру и счета образованных ледяных кристаллов 2 .

Однако известный способ не обеспечивает достаточной точности определения концентрации льдообразующих ядер.

Цель изобретения - повышение точности определения концентрации льдообразующих ядер.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения концентрации льдообразующих ядер путем увлажнения пробы исследуемого воздуха, охлаждения ее до температуры на 3-4 С выше порога нуклевции льда на аэрозольных частицах, ввода пробы исследуемого воздуха в облачную камеру и счета образованных ледяных кристаллов, ввод пробы исследуемого воздуха в облачную камеру производят перпендикулярно к ее оси и тангенциально к ее боковой стенке. Способ определения концентрации льдообразующих ядер осуществляют в облачной камере. Исследуемый воздух перед вводом в облачную камеру увлажняют и пропускают через предварительный охладитель, где его температура снижается почти до порога льдообразования, но не доводится до него на

3-4 С. После этого пробу воздуха вводят в герметичную облачную камеру через ряд отверстий, расположенных по периметру охлаждаемой стенки, перпендикулярно оси камеры и тангенциально к стенке камеры. При прохождении вблизи охлаждаемой стенки проба быстро принимает ее температуру, которая подбирается равной температуре льдообразования. Ввиду того, что проба впускается в камеру перпендикулярно ее оси, вдоль которой производится непрерывная протяжка воздуха, то проба вначале равномерно распределяется по всему сечению камеры, а затем уже дрейфует по направлению протяжки вдоль оси камеры, Этим we обеспечивается и длительность времени пребывания пробы в переохлажденном состоянии в объеме камеры, т.е. нужная температура приобретается всей пробой сразу после ее ввода в камеру

3 и сохраняется равномерной до ее выхода. При этом температурное поле бывает равномерным по всему объему камеры.

На фиг.1 изображен проточный счетчик льдообразующих ядер, на фиг.2разрез А-А на фиг. l. . Устройство содержит, охлаждаеиую снаружи цилиндрическую камеру 1, впускной. 2 и выпускной 3 коллекторы с подводящиии штуцераии 4 и 5 и рядом отверстий б.

Ниже впускного коллектора 2 распо" лагается счетный объем кристаллов 7 с окном для освещения 8 и окном дпя наблюдения 9. Устройство также имеет отводящую трубку 10, и подводящую

11, а также увлажнитепь 12. В каиеру вставляется тканевый цилиндр 13.Крышка камеры, охлаждающая систеиа и теплоизоляция не показаны, Устройство работает следующим образом.

Перед вводом в каиеру пробу тер а мостатируют при температурах на. 3-4 С выше порога нуклеации. Исследуемая проба воздуха засасывается через трубку 11, увлажняется в увлажнитепе

12 и через подводящий штуцер 4 вво- . дится во впускной коллектор 2. . Впускной коллектор 2, так же как. и. выпускной 3 изготовлены в виде йолого кольца с рядом отверстий по его внутренней поверхности. Отверстия . сделаны под угпои 60-65 к радиусу о кольца для придания пробе начального вращательного движения в пристенной области каиеры. Вошедший в коллектор

2 воздух через ряд отверстий 6 попадает в цилиндрическую камеру 1. В каиеру воздух входит перпендикулярно ее оси с вращением в пристенной об- ласти и одновременныи дрейфом вверх (частицы воздуха движутся по спирали). Из-за трения о стенки камеры и внутреннего трения воздуха вращение пробы быстро замедляется и на высоте 10 см впускного коллектора 2 оно уже we обнаруживается.

При вращении пробы в пристенной об-, ласти оно быстро принимает теипературу стенок каиеры, которая подбирается равной теипературе нукпеации льдообразующих ядер, содержащихся в пробе воздуха, конденсируется на аэрозольных частицах пробы, образуя туман. Льдообраэующие ядра, активируясь при этом, зарождают ледяные кристаллы. Поднимаясь вверх виесте

3269 4 с пробой воздуха со скоростью

0,5 си/с, они бстро растут эа счет разности давлений насыщающего пара над водой и льдом. По мере роста движение кристаллов вверх замедляется, они зависают, а затем падают вниз, преодолевая восходящий поток, На этой ветви траектории кристаллов на их.сублимационный рост может на10 кладываться коагуляционный рост за счет столкновений с каплями. При этом происходит дополнительная активация пьдообразующих ядер повышением локальных пересыщений, возникающих

1 .при повышении температуры заиерэающих капель. Падающие ледяные кристаллы попадают в счетный объем 7, где они пересекают пуч света, посылаемый из окна 8, и вспышки отраженного от кристаллов света подсчитывают через окно 9. Прошедший исследование воздух вместе с мелкими каплями выводится наружу через штуцер 5 и трубку 10.

Двигаясь по трубке 10, выходящий

25 воздух охлаждает коаксиальную с ней трубку 11 и входящую по ней пробу воздуха доводя ее температуру почти

0 . до пррога нукпеации (на 3-4 выше).

Рабочий объем камеры формируется

30 тканевым цилиндром 13, установленным с зазором от стенок.

Таким образом, изготовление впускного коллектора s виде полого кольца с косыми впускныии отверстияии по его внутренней поверхности позволяет равномерно распределить пробу исследуемого воздуха .по всему сечению ка-меры, уменьшить путь ее охлаждения и тем саиым почти весь объем камеры сделать рабочим, т.е. имеющим равно"

¹0 иерные наперед заданные температуру и влажность активации ядер. Этому же способствует предварительный охла дитель, выполненный в виде входной . и выходной коаксиальных труб. Предва"

45 рительный охладитель уменьшает также пересыщение в пробе. Косые впускные отверстия обеспечивают быстрое охлаждение пробы, заставляя ее в начальный момент двигаться у стенок камеры и предотвращают таяние выпадающих ледяных кристаллов при их пропете мимо впускного коллектора, освобождая почти всю площадь сечения камеры от теплого воздуха. Отсутствие градиента температур иежду пробой и стенками камеры значительно уменьшает инееобраэование на металлических стенках камеры. Тканевчй цилиндр предотвра1023269

А-4

Составитель В. Агапова

Редактор Т.Веселова Техред Ж.Кастелевич Корректор В ° "ирняк

Заказ 4205/30 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул; Проектная, 4

3 щает попадание обломков инея в рабочий объем камеры и возникновение ложного счета кристаллов. Установка впускного коллектора в нижней части камеры, а выпускного в верхней позво- з ляет полнее моделировать облачные процессы и увеличить ра меры образовавшихся кристаллов, что значительно снижает ошибку их счета. Выполнение выпускного коллектора в ви-. 0 де полого кольца (таким же как впускной коллектор) позволяет полнее использовать весь объем камеры, уменьшает вероятность выноса образовавшихся кристаллов через него, а также провести контрольные эксперименты с впуском воздуха в камеру сверху, т.е. изменить назначение впускного коллектора на обратное.

Таким образом, предварительное охлаждение пробы перед ее впуском в облачную камеру обеспечивает быстрое охлаждение пробы без возникновения значительных пересыщений,а также сохранение естественной концентрации водяных капель, так как отпадает необходимость в дополнительных ядрах конденсации. Впуск пробы в облачную камеру тангенциально к охлаждаемой стенке перпендикулярно оси камеры также определяет равномерность температурного поля во всем объеме камеры. Кроме того, длительность пребывания пробы в переохлажденном состоянии в камере обеспечивает правильное выявление льдообразующей активности аэрозолей.