СПОСОБ РАССЕИВАНИЯ ТУМАНА Российский патент 2011 года по МПК E01H13/00 A01G15/00 

Изобретение относится к области техники, предназначенной для рассеивания тумана на местности расположения объектов, где необходимо обеспечение выполнения требований по дальности видимости (аэродромы, скоростные автодороги, морские порты и т.п., а также открытые площадки для проведения различных спортивных и зрелищных мероприятий).

Известны способы рассеивания туманов, основанные на использовании специальных веществ (реагентов) для искусственной конденсации паров воды.

Согласно патенту США №2160900, опубликованному 06.06.1939, в качестве реагентов используется смесь из углеродов хлора. Патентом США №2527230, опубликованным 24.10.1950, предлагается в качестве реагента использовать йодистое серебро. Водный раствор хлористого кальция с загустителем заявлен в патенте США №2934275, который опубликован 26.04.1960. Доставку реагентов и их распространение в тумане или облачности предлагается осуществлять с помощью самолетов (см., например, патент США №2815928, МПК A01G 15/00, опубликованный 10.12.1957), ракет (см., например, авторское свидетельство СССР №576839, МПК A01G 15/00), снарядов (см., например. Российская Федерация, патент №2034444, МПК 6 A01G 15/00, опубликованный 10.05.1995).

Несмотря на накопленный опыт практического использования реагентов (см., например, Бибилашвили и др. Руководство по организации и проведению противоградовых работ. Л.: Гидрометеоиздат, 1981) 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.

В технических решениях, защищенных авторским свидетельством СССР №71260, МПК A01G 15/00, опубликованном 31.07.1948, и патентом США №3456880, МПК A01G 15/00, опубликованном 22.07.1969, предлагаются способы электрического воздействия на аэрозольное облако. Электрическое воздействие в описанных выше устройствах осуществляется путем доставки в аэрозольное облако коронирующих проводов, соединенных с источником высокого напряжения.

Сложностью реализации описываемого способа и известных устройств является необходимость подъема коронирующих проводов на высоту расположения облака, что предопределяет большие затраты топливно-энергетических 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.

В описании к авторскому свидетельству СССР №29675, МПК A01G 15/00, опубликованном в 1948 г. (Способ вызывания дождя.), а также заявке ФРГ №4005304, МПК Е01Н 13/00 представлено устройство, реализующее известный способ.

Способ обеспечивает распространение ионизированного воздуха, т.е. электрически заряженных частиц вверх, ускоряя тем самым процесс выпадения осадков из облачности или осаждение тумана.

Известен способ рассеивания туманов, заключающийся в генерации электрических зарядов в атмосферу путем подключения к источнику высокого напряжения коронирующих проводов, закрепленных через изоляторы на опорах у поверхности земли (см. патент США №6,152,378). Данный способ способствует распространению электрически заряженных частиц в области, обозначенной для рассеивания тумана. Электрические заряды, генерируемые коронирующими электродами, обеспечивают заряжание атмосферных аэрозолей и капель тумана. Вследствие того, что электрические заряды, локализованные на поверхности аэрозолей, способствуют повышению инициации процессов конденсации, интенсифицируется процесс эволюции водных аэрозолей. Эволюция способствует снижению концентрации частиц и их укрупнению, что приводит к увеличению дальности видимости.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ по патенту РФ №2272096, МПК Е01Н 13/00, заключающийся в генерации коронного разряда в области, прилегающей к защищаемому объекту на расстоянии не менее 3 метров, ориентированным в одном направлении потоком электрически заряженных частиц, суммарная сила тока которого составляет не менее 0,1 mA при площади поперечного сечения потока не менее 100 м²;

процесс генерации коронного разряда предваряют определением области распространения тумана относительно защищаемого объекта и типа тумана и в зависимости от типа тумана направление ориентации потока электрически заряженных частиц осуществляют:

- для радиационного тумана поток ориентируют либо к земле, либо вдоль поверхности земли в сторону, направленную от защищаемого объекта;

- для адвективного, фронтального, склонового тумана и тумана испарения вдоль поверхности земли в направлении, противоположном направлению натекания тумана с наветренной стороны от защищаемого объекта натекания тумана, либо в сторону, направленную от защищаемого объекта.

Данное техническое решение достаточно успешно решает задачу воздействия на аэрозольное облако. Однако для повышения эффективности воздействия, особенно когда натекание тумана на защищаемый объект осуществляется с большой скоростью, необходимо повышение интенсивности формируемых потоков ионного ветра, для чего требуются повышение напряжения на коронирующих электродах и, как следствие, источники питания с повышенным напряжением, повышенные требования к изоляции, что ведет к удорожанию конструкции.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности рассеивания тумана.

Для достижения заявленной цели в известном способе рассеивания тумана, заключающемся в определении направления распространения тумана относительно защищаемого объекта и последующей генерацией коронного разряда ориентированным потоком электрически заряженных частиц, генерацию осуществляют с наветренной относительно защищаемого объекта стороны потоком заряженных частиц, ориентированным в сторону, направленную на защищаемый объект.

Формирование ориентированного потока заряженных частиц реализуется коронным разрядом между коронирующими электродами и осадительным электродом, значительная часть поверхности которого прозрачна для прохождения воздушного потока. Сущность заявляемого способа основана на выявленном авторами изобретения эффекте сепарации капель. В процессе генерации коронного разряда в системе коронирующих электродов, установленных с зазором относительно осадительного электрода, значительная часть поверхности которого прозрачна для прохождения воздушного потока, происходит сепарация капельной дисперсии. Для формирования ориентированного в одном направлении потока электрически заряженных частиц в осадительном электроде выполняются сквозные отверстия (осадительный электрод может быть выполнен в виде сетки, решетки и пр.), через которые проходит воздух, возмущенный генерируемыми в процессе коронного разряда заряженными частицами (ионный ветер). При прохождении через осадительный электрод ветрового потока, сформированного ионным ветром, на поверхности осадительного электрода происходит сепарация капель тумана. Если опустить описание сложных микрофизических процессов, происходящих в разрядном промежутке, то процесс осаждения капель на поверхности осадительного электрода можно сравнить с процессами, происходящими в электрофильтре. При прохождении капель через разрядный промежуток капли получают электрический заряд. Электрически заряженные капли в своем движении вместе с потоком воздуха к отверстиям в осадительном электроде, вследствие электрического притяжения отклоняются от траектории воздушного потока и попадают на поверхность осадительного электрода. Сепарируемые капли осаждаются на поверхности осадительного электрода, после их укрупнения до размеров, когда гравитационные силы будут превышать значение сил смачивания, выпадают вниз, а воздух, очищенный от капель, увлекаемый ионным ветром, совпадающим с направлением естественного ветрового потока, направляется на контролируемую территорию и вытесняет туманное облако. В результате происходит очищение защищаемой территории от тумана. Туман рассеивается. Как установлено в процессе экспериментальных исследований, при прохождении тумана через осадительный электрод с прозрачностью 75% (сетка из проволоки ячейки d=3 мм с ячейкой 20×20 мм) ослабление тумана достигало 85% по всей площади системы генерации коронного разряда. Дальность очищенной от тумана струи потока определяется площадью системы генерации коронного разряда и турбулентным возмущением погранслоя атмосферы. В проведенных экспериментах для установки, размеры системы генерации которой составляли 1,5×1,5 м, на расстоянии 12 м регистрировалась струя ветрового потока со скоростью 0,5 м. Из условий аэродинамики известно, что замывание струи потока по всей его площади поперечного сечения в невозмущенной атмосфере начинается на расстоянии не менее 10 калибров струи. Таким образом, исходя из теоретических расчетов аэродинамики движения струи, можно провести сценарные расчеты области распространения очищенной от тумана струи воздушного потока на защищаемой территории, определить области, в которых выходящая из системы генерации коронного разряда струя потока вытеснит туманное облако, обеспечит просветления тумана, и выбрать требуемые габариты системы генерации коронного разряда.

Если в известном техническом решении струя воздушного потока, сформированного ионным ветром от системы генерации коронного разряда, направлялась против движения естественного воздушного потока, надвигавшего туманное облако на защищаемый объект, энергия потока ионного ветра использовалась для того, чтобы препятствовать продвижению туманного облака в защищаемую область, и воздушный поток ионного ветра формировался в направлении от защищаемого объекта. То в предлагаемом решении путем использования механизма сепарации капель тумана воздушный поток от ионного ветра совмещается с естественным потоком. Защита контролируемой области от тумана осуществляется не путем выдувания капель тумана, как в известном решении, а путем их сепарации на осадительном электроде. Как показывают расчеты и проведенные эксперименты, рассеивание тумана путем сепарации капель, особенно для адвективного, фронтального, склонового тумана, энергетически более выгодно и более эффективно. При реализации предлагаемого решения генерация коронного разряда осуществляется с наветренной стороны защищаемого объекта, что позволяет совместить энергию ветровых потоков естественного ветра и ионного ветра. В результате увеличивается дальность распространения просветленной струи, что позволяет повысить эффективность рассеивания тумана и добиться цели предлагаемого изобретения.

Реализация предлагаемого способа может быть осуществлена известными техническими средствами. В качестве источника питания может быть использован высоковольтный источник питания, подобный источнику питания, используемому в электрофильтрах. Коронирующие электроды могут быть использованы по аналогии с коронирующими электродами электрофильтров. В качестве осадительного электрода может быть использована электропроводная сетка, либо решетка, либо установленные с зазором друг относительно друга вертикальные стойки. Прозрачность конструкции осадительного электрода (отношение площади проходных отверстий к общей площади электрода) должна составлять не менее 50%. Соотношение сочетания площади сквозных отверстий с площадью заземленной поверхности определяется требованиями сепарации капель и аэродинамическим сопротивлением, которое оказывает осадительный электрод для прохода воздушного потока. Чем меньше прозрачность осадительного электрода, тем эффективнее сепарируются капли тумана, но, в то же время, тем больше сопротивление оказывается воздушному потоку, тем меньше дальность распространения очищенной от тумана струи. Выбор конкретного соотношения параметров осадительного электрода, да и всей системы генерации коронного разряда осуществляется на стадии проектирования с учетом орографических условий местности, метеорологических данных, параметров площади или объема защищаемого объекта и прочих исходных данных, может быть осуществлен на основе известных теоретических зависимостей с использованием экспериментального моделирования.

Таким образом, предложенное решение благодаря новому признаку в сочетании с известными позволяет увеличить интенсивность формируемых ионных потоков, что позволит увеличить эффективность воздействия на аэрозольное облако и достичь цели предлагаемого изобретения.

Изобретение относится к области техники, предназначенной для воздействия на атмосферу в период образования тумана на различных наземных объектах. Способ заключается в следующем. Определяется направление распространения тумана относительно защищаемого объекта. Осуществляют генерацию коронного разряда с наветренной относительно защищаемого объекта стороны потоком заряженных частиц, ориентированным в сторону, направленную на защищаемый объект. Формирование ориентированного потока заряженных частиц реализуется коронным разрядом между коронирующими электродами и осадительным электродом, значительная часть поверхности которого прозрачна для прохождения воздушного потока. В качестве осадительного электрода может быть использована электропроводная сетка, либо решетка, либо установленные с зазором друг относительно друга вертикальные стойки. Прозрачность конструкции осадительного электрода, т.е. отношение площади проходных отверстий к общей площади электрода должна составлять не менее 50%. Достигаемый результат заключается в том, что увеличивается метеорологическая дальность видимости и улучшаются условия навигации соответствующих транспортных средств.

Способ рассеивания тумана, заключающийся в определении направления распространения тумана относительно защищаемого объекта и последующей генерацией коронного разряда ориентированным потоком электрически заряженных частиц, отличающийся тем, что генерацию осуществляют с наветренной относительно защищаемого объекта стороны потоком заряженных частиц, ориентированным в сторону, направленную на защищаемый объект.