Способ рассеивания туманов и облаков

Способ рассеивания туманов и облаков

Реферат

Изобретение относится к области техники, предназначенной для воздействия на атмосферные образования, а именно для устранения тумана и облачности над различными наземными объектами, к которым следует отнести аэродромы, скоростные автодороги, морские порты, районы, требующие защиты от избыточных осадков или града.

Основной задачей, решаемой при воздействии на атмосферные образования, является предотвращение возникновения аварийных ситуаций для различных транспортных средств вследствие тяжелых погодных условий, а также получение высоких урожаев.

Известны способы рассеивания туманов и облачности, заключающиеся в использовании специальных веществ (реагентов) для искусственной конденсации паров воды.

В качестве реагентов, например, в CШA по МПК A 01 G 15/00 запатентованы такие вещества, как смесь из углеродов хлора (патент №2160900, опубликованный 06.06.1939 г.), йодистое серебро (патент №2527230, опубликованный 24.10.1950 г.), водный раствор хлористого кальция с загустителем (патент №2934275, опубликованный 26.04.1960 г.) и др. Для доставки реагентов и их распространения в тумане или облачности могут быть применены самолеты (см., например, патент США №2815928, МПК А 01 G 15/00, опубликованный 10.12.1957 г.), ракеты (см., например, авторское свидетельство СССР №576839, МПК А 01 G 15/00), снаряды (см., например, Российская Федерация, патент №2034444, МПК 6 А 01 G 15/00, опубликованный 10.05.1995 г.).

Несмотря на накопленный опыт практического использования реагентов (см., например, Бибилашвили и др. "Руководство по организации и проведению противоградовых работ", Гидрометеоиздат, Ленинград, 1981 г.), их постоянное применение в той или иной степени приводит к ухудшению экологии окружающей среды и требует расхода значительных материальных ресурсов, обусловленного необходимостью производства реагентов в больших количествах, изготовлением и эксплуатацией средств доставки реагентов в атмосферные образования (туман и облачность).

С точки зрения использования при воздействии на атмосферные образования экологически чистых процессов наиболее перспективным является применение электричества.

Известны способы, основанные на доставке в атмосферные образования коронирующих проводов, соединенных с источником высокого напряжения (см., например, авторское свидетельство СССР №71260, МПК А 01 G 15/00, опубликованное 31.07.1948 г., патент США №3456880, МПК А 01 G 15/00, опубликованный 22.07.1969 г.).

Основным недостатком описываемого способа и известных устройств является необходимость подъема коронирующих проводов на высоту расположения облачности, что предопределяет большие затраты топливоэнергетических ресурсов и не всегда осуществимо по погодным условиям.

Известен способ, заключающийся в обдуве воздушным потоком, формируемым с помощью технических средств, коронирующих электродов, установленных у поверхности земли.

Технические решения, которые реализуют известный способ - это способ вызывания дождя (см. авторское свидетельство СССР №29675, МПК A 01 G 15/00, опубликованное в 1948 г.), а также устройство для разрушения тумана (см. опубликованную заявку ФРГ №4005304, МПК Е 01 Н 13/00).

Описываемый способ способствует распространению ионизированного воздуха, т.е. электрически заряженных частиц вверх, ускоряя тем самым процесс выпадения осадков из облачности или осаждение тумана.

Однако рассматриваемый способ потребуется для создания специальных систем для обдува коронирующих проводов, усложняющих конструкцию устройств. Для эффективного воздействия на облака и туманы необходимо формирование в атмосфере объемного заряда с интенсивностью, эквивалентной току около I~1 mA. Максимальная концентрация электрически заряженных частиц в атмосфере может составлять порядок Q~10^-8-10^-9 Кл/м³ (см. В.Я.Никандров. “Метеорологический аспект электризации конвективного облака”. Гидрометеоиздат. Л., 1981). Следовательно, технические системы для обдува коронирующих проводов должны иметь производительность G=I/Q=10⁵-10⁶ м³/ceк. Кроме того, эти системы должны иметь возможность создать такую струю воздушного потока, которая смогла бы вынести электрически заряженные частицы вверх в условиях температурной инверсии, характерной для условий туманов.

Известен способ рассеивания туманов и облаков, заключающийся в генерации электрических зарядов в атмосферу путем подключения к источнику высокого напряжения коронирующих проводов, закрепленных через изоляторы на опорах у поверхности земли (см. "Журнал геофизических исследований ", Кембридж, Массачусет, март 1962 г., т.67, стр.1073-1082). Сведения об этом способе отражены и в отечественной технической литературе (см. Л.Г.Качурин. "Физические основы воздействия на атмосферные образования", Гидрометеоиздат, Ленинград, 1978 г., стр.287-363).

Как следует из приведенных источников информации, определяющим фактором отрыва электрически заряженных частиц из зоны коронного разряда, возникающего вокруг провода, является ветер, восходящие потоки которого выносят электрические заряды в атмосферу, создавая пространственный заряд, воздействующий на атмосферные образования.

Таким образом, эффективность известного способа определяется наличием в области коронного разряда восходящих воздушных потоков и полностью определяется погодными условиями. При отсутствии же восходящих воздушных потоков, что характерно для условий туманов, электрические заряды вверх не выносятся, и под действием электрического поля от коронирующих проводов и электрического поля объемного заряда, электрически заряженных частиц устремляются по направлениям силовых линий к земле, вследствие чего значительная часть электрически заряженных частиц не участвует в процессе, что значительно снижает эффективность использования известного способа.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности работы устройства за счет уменьшения потерь электрически заряженных частиц.

Поставленная цель достигается следующими признаками в совокупности с известными из прототипа.

В процессе генерации коронных разрядов осуществляют нагрев атмосферного воздуха над поверхностью земли площадью не менее 10⁴м² с интенсивностью нагрева не менее 10 вт на каждый квадратный метр;

нагрев осуществляют в области воздушного пространства под коронирующими проводами;

производят замер напряженности электрического поля у поверхности земли, а нагрев воздуха осуществляют в зоне, охватывающей места, где величина электрического поля имеет максимальное значение.

В процессе генерации коронных разрядов в атмосфере образуются электрически заряженные частицы.

При нагреве воздуха плотность его уменьшается и он поднимается вверх, создавая воздушные потоки, увлекающие за собой в атмосферу электрически заряженные частицы. Распространяясь в атмосфере воздушного пространства, электрически заряженные частицы воздействуют на облака и туманы.

Несмотря на разнообразность процессов, происходящих в тумане и облаках при воздействии на них электрически заряженными частицами, можно выделить следующие. Это прежде всего процессы, похожие на процессы, широко использующиеся в электрофильтрах. Электрически заряженные частицы захватываются капельками мелкодисперсной влаги. Под действием электрического поля устройства и объемного заряда электрически заряженных частиц заряженные капельки двигаются к земле. Так как величина заряда, захваченного каждой капелькой различна, различны и их размеры, то скорости их движения также значительно отличаются друг от друга, что приводит к увеличению вероятности столкновения капелек, их коагуляции и гравитационного выпадения.

Кроме того, на процессы рассеивания тумана (укрупнение капель влаги до критического размера, при котором они под действием силы тяжести падают вниз) влияют также процессы, связанные с захватом ионами парообразной влаги, образование "короткоживущих" маленьких зародышей капель, что приводит к понижению перенасыщения влаги и увеличению критического радиуса зародышей тумана. В результате чего капельки, размер которых менее критического, начинают распадаться, а капельки, размер которых больше критического, будут укрупняться, т.е. более крупные капли будут укрупняться за счет мелких (см. Химия нижней атмосферы. М., Мир, 1976 г., стр.25, 41).

Совокупность перечисленных факторов, ускоряющих процессы коагуляции капелек и их гравитационного выпадения, определяют динамику искусственного рассеивания тумана и облаков. Проведенные лабораторные исследования искусственного рассеивания мелкодисперсной влаги путем воздействия на нее коронным разрядом подтверждают теоретические предпосылки и показывают, что искусственным образом можно рассеять мелкодисперсную влагу в течение нескольких минут.

Заявляемое значение интенсивности нагрева воздуха и значение площади нагрева выявлено на основе моделирования процессов пограничного слоя атмосферы. При заявленных значениях возникает циркуляционное течение, которое существенно влияет на осредненные характеристики пограничного слоя вплоть до его отрыва и возникновения вертикальных потоков, которые увлекают электрически заряженные частицы и выносят их в верхние слои атмосферы. В отличие от прототипа в предложенном способе благодаря новой совокупности существенных признаков, отраженной в формуле изобретения, происходит уменьшение безвозвратных потерь электрически заряженных частиц. Если в прототипе вероятность выноса электрически заряженных частиц в атмосферу определяется наличием естественных воздушных потоков и в условиях штиля значительная часть электрически заряженных частиц замыкается на землю, то в предлагаемом способе воздушные потоки формируются искусственным образом благодаря совокупности новых признаков.

Увеличивается доля электрически заряженных частиц, которые выносятся в атмосферу и вовлекаются в процесс рассеивания туманов и облаков, что повышает эффективность работы и позволяет достичь цели предлагаемого изобретения.

Дополнительные признаки позволяют усилить эффект использования предложенного способа.

В процессе коронного разряда формируется объемный заряд из электрически заряженных частиц, поле которого уменьшает эффективность коронного разряда. Осуществляя нагрев воздушного пространства непосредственно под коронирующими проводами, формируем воздушные потоки, которые электрически заряженные частицы выносят из зоны коронного разряда, что позволяет повысить эффективность коронного разряда и повысить эффективность предлагаемого способа.

Как известно (см., например, Е.И.Бутиков и др. Физика в примерах и задачах, стр.230. М., "Наука", 1989), напряженность электрического поля определяет плотность электрических зарядов. Осуществляя нагрев воздушного пространства в зоне, охватывающей места, где величина электрического поля имеет максимальное значение, формируем воздушные потоки в области максимального скопления электрических зарядов. Тем самым обеспечивается повышение эффективности использования искусственно формируемых воздушных потоков и повышается эффективность предлагаемого способа.

Реализация предлагаемого способа может быть реализована известными техническими средствами.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет увеличить количество выносимых в атмосферу электрических зарядов, уменьшить объем утечек зарядов в землю, что обеспечивает повышение эффективности воздействия и достижение цели предлагаемого изобретения.

1. Способ рассеивания туманов и облаков, заключающийся в генерации с помощью установленных над поверхностью земли коронирующих проводов электрически заряженных частиц, отличающийся тем, что в процессе генерации осуществляют нагрев атмосферного воздуха над поверхностью земли площадью не менее 10⁴ м² с интенсивностью нагрева не менее 10 Вт на каждый квадратный метр.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев осуществляют в области воздушного пространства под коронирующими проводами.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что производят замер напряженности электрического поля у поверхности земли и нагрев воздуха осуществляют в зоне, охватывающей места, где величина напряженности электрического поля имеет максимальное значение.