Способ активных воздействий на тёплые и переохлаждённые туманы Российский патент 2020 года по МПК E01H13/00 A01G15/00 

Изобретение относится к гидрометеорологии, а именно к способам активных воздействий на теплые и переохлажденные туманы с целью обеспечения благоприятных метеорологических условий для функционирования аэропортов и дорожно-транспортных коммуникаций.

Известны различные способы активных воздействий на переохлажденные туманы с помощью наземных пропановых установок, когда пропан, с помощью специальных форсунок распыляется в атмосферу и, взаимодействуя с частицами тумана, вызывает необходимый эффект их рассеивания. [1].

При искусственном воздействии на туманы пропан диспергируется в виде мельчайших частиц, которые в процессе взрывного испарения формируют факел, в отдельных участках которого температура может достигать минус 70°С. В результате в атмосферной среде формируется зона сильно пересыщенного водяного пара, в которой пар, конденсируясь в мелкие капельки, быстро замерзает. Таким образом, в атмосфере искусственным путем создается большое количество центров кристаллизации, в которых конденсируется пар из окружающей среды и оседают переохлажденные облачные частицы воды, переходящие в твердое состояние, что обеспечивает необходимый эффект рассеивания туманов.

Недостатком известного способа является то, что сжиженный пропан, используемый в качестве реагента в смеси с воздухом в концентрации от 2,2 до 9,5%, огнеопасен. Поэтому строго запрещается производить работы, связанные с открытым огнем, на расстоянии менее 15 м от наземных пропановых установок. И вообще все работы с наземными пропановыми установками должны производиться в полном соответствии с существующими «Правилами безопасности в газовом хозяйстве» (Гостехнадзор СССР, М.: Недра, 1980 г.).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является способ активных воздействий на градовые облака путем сжигания в камере сгорания с горловиной и раструбом рабочего состава с последующим формированием ударной волны и газового состава, направленно действующих на атмосферную среду [2].

Способ реализуется следующим образом. В камере сгорания, снабженной горловиной и коническим раструбом, сжигается пиротехнический состав, содержащий активное вещество, например AgI. Затем из образовавшегося активного дыма формируют вращающийся вокруг собственной кольцевой оси газовый тор, который выбрасывается через горловину рабочей камеры в атмосферу. Воздействие на облачную среду при этом осуществляется ударной звуковой волной и одновременно активным реагентом.

Данный способ эффективен при воздействии на мощные грозоградовые процессы, протекающие на высотах около 4-9 км. Для защиты аэропортов и космодромов от туманов способ не пригоден из-за наличия мощных ударных звуковых волн, образующихся при выстреле в атмосферу. Кроме того способ достаточно сложен в реализации на практике и не является безопасным, в связи с использованием в пиротехнических составах взрывчатых веществ, необходимых для создания ударных звуковых волн.

Техническим результатом заявленного технического решения является упрощение способа, повышение эффективности и безопасности активных воздействий на переохлажденные и теплые туманы.

Технический результат достигается тем, что в известном способе активных воздействий на теплые и переохлажденные туманы путем возгонки исходного активного рабочего вещества с последующим распространением образовавшего активного газового состава в приземном слое атмосферы, в нем, согласно заявленному способу, предварительно формируют состав, где в качестве исходного активного рабочего вещества используют измельченный цинк, который помещают в тугоплавкий сосуд, изготовленный из углеродного материала, например графита, затем данный сосуд вместе с измельченным цинком нагревают до температуры 900-1000°С и выше, и таким образом осуществляют возгонку цинка в присутствии углеродного материала -графита, в результате чего получают набор нанотрубок оксида цинка различных модификаций, которые затем смешивают с окружающей воздушной средой и выбрасывают в атмосферу.

Технический результат достигается и тем, что в качестве исходного активного рабочего вещества используют, преимущественно, гранулированный цинк по ТУ6-09-5294-86.

Технический результат достигается также и тем, что возгонку цинка осуществляют в тугоплавком сосуде, изготовленном, например, из конструкционного и термически стойкого, высокоплотного графита марки ISEM-1(H-1), являющегося хорошим катализатором образования нанотрубок оксида цинка.

Предлагаемый способ в сравнении с прототипом прост в реализации. Он позволяет существенно повысить эффективность активных воздействий за счет повышения порогового уровня срабатывания реагента, что является важным при воздействии на теплые и переохлажденные туманы и облака, находящиеся в приземном слое атмосферы. При этом снижается безопасность работ, так как отпадает необходимость в использовании различных детонирующих взрывчатых составов и испаряющихся в атмосферу различных химических растворов.

На рисунке (Фиг. 1) в качестве примера представлена схема реализации предложенного способа с помощью простейшего устройства, а на рисунке (Фиг. 2) - график выхода активных льдообразующих частиц в зависимости от температуры облачной среды.

Устройство содержит сосуд 1, который изготовлен из конструкционного и термически стойкого, высокоплотного графита марки ISEM-1(И-1), являющегося хорошим катализатором образования нанотрубок оксида цинка. В качестве активного рабочего вещества используется измельченный цинк 2, при нагревании которого в присутствии катализатора (графита) до температур от 800-900°С и выше, происходит его возгонка и формирование наноструктурных материалов оксида цинка, которые при попадании в облачную среду и среду переохлажденного тумана активно взаимодействуют с переохлажденными водными их частицами и вызывают, таким образом, необходимый эффект осадкообразования и просветление зон, защищаемых территорий.

На рисунке (Фиг. 2) представлены результаты экспериментальных исследований, проведенных в ФГБУ «ВГИ», где на графике показана зависимость выхода льдообразующих частиц с одного грамма активного вещества (цинка) в диапазоне температур от нуля до минус 9°. Эксперименты проводились в облачной камере по методике, разработанной ФГБУ «ВГИ».

Эксперименты проводились двумя методами:

1. Стандартный метод - возгонка реагента в камере и перенос известного объема воздуха с реагентом в охлажденную облачную среду.

2. Метод, при котором возгонка производилась в охлажденной среде в большой облачной камере. Возгонка реагента производилась на графитовой подложке, при температуре 800-900°С и выше.

На графике (Фиг. 2) видно, что при переходе температуры из «холодного» диапазона (от минус 9°С до минус 5,5°С) в «теплый» диапазон (от минус 5,5°С до нуля градусов°С) удельный выход кристаллов увеличивается «скачком», на несколько порядков, и в указанном «теплом» диапазоне, при увеличении температуры на 1°С удельный выход кристаллов увеличивается с нескольких десятков до нескольких сотен тысяч.

Таким образом, результаты проведенных экспериментов показали следующее:

- льдообразующие свойства реагента на основе нанотрубок оксида цинка проявляются при возгонке оксида цинка непосредственно в облачной среде;

- удельный выход льдообразующих ядер зависит от температуры среды, где производится возгонка реагента. Наибольший удельный выход (2,2×10 г^-1) получен в диапазоне от 0°С до минус 2°С, в то время как при температуре возгонки в диапазоне от минус 5°С до минус 9°С он составил лишь 1,2×10¹¹ г^-1.

Необходимо отметить, что такой высокий удельный выход активных частиц при температуре облачной среды вблизи нулевой изотермы достигнут впервые.

Таким образом, предлагаемый способ в сравнении с прототипом позволяет существенно повысить эффективность активных воздействий на теплые и переохлажденные туманы в приземном слое атмосферы. При этом снижается безопасность работ, так как отпадает необходимость в использовании различных детонирующих взрывчатых составов и химических составов.

Способ может найти широкое применение для активных воздействий на теплые и переохлажденные туманы с целью обеспечения благоприятных метеорологических условий для надежного функционирования космодромов, аэропортов и дорожно-транспортных коммуникаций.

При использовании способа для защиты космодромов, аэропортов от туманов, он может быть реализован в двух вариантах: стационарный вариант и мобильный вариант. В первом случае определенное количество устройств размещаются по точкам, расположенным вдоль линии воздействия, на заданном расстоянии от взлетно-посадочной полосы аэропортов. Во втором же случае (мобильный вариант) устройства размещаются на автотранспортном средстве, перемещающемся по заданному маршруту, на том же расстоянии, пролегающему вдоль линии, граничащей с взлетно-посадочной полосой.

Источники информации

1. Методические указания. Искусственное рассеяние переохлажденных туманов на аэродромах с помощью автоматизированной наземной пропановой системы. - М.: Гидрометеоиздат, 1985, с. 27.

2. Патент РФ на изобретение №2348753 ПКК Е01Н 13/00, A01G 15/00. Опубл. 10.03.2009. Бюл. №7. ПРОТОТИП.

Изобретение относится к гидрометеорологии, а именно к способам активных воздействий на теплые и переохлажденные туманы с целью обеспечения благоприятных метеорологических условий для функционирования космодромов, аэропортов и дорожно-транспортных коммуникаций. Осуществляют возгонку исходного активного рабочего вещества с последующим распространением образовавшегося активного газового состава в приземном слое атмосферы. Предварительно формируют состав, где в качестве исходного активного рабочего вещества используют измельченный цинк, который помещают в тугоплавкий сосуд, изготовленный из углеродного материала – графита. Затем сосуд вместе с измельченным цинком нагревают до температуры 900-1000°С и таким образом осуществляют возгонку цинка в присутствии углеродного материала. Получают набор нанотрубок оксида цинка, который смешивают с окружающей воздушной средой и выбрасывают в атмосферу. Обеспечивается повышение эффективности активных воздействий на теплые и переохлажденные туманы и облака, находящиеся в приземном слое атмосферы. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ активных воздействий на теплые и переохлажденные туманы путем возгонки исходного активного рабочего вещества с последующим распространением образовавшегося активного газового состава в приземном слое атмосферы, отличающийся тем, что предварительно формируют состав, где в качестве исходного активного рабочего вещества используют измельченный цинк, который помещают в тугоплавкий сосуд, изготовленный из углеродного материала - графита, затем данный сосуд вместе с измельченным цинком нагревают до температуры 900-1000°С и таким образом осуществляют возгонку цинка в присутствии углеродного материала, в результате чего получают набор нанотрубок оксида цинка, который смешивают с окружающей воздушной средой и выбрасывают в атмосферу.

2. Способ активных воздействий по п. 1, отличающийся тем, что возгонку цинка осуществляют в тугоплавком сосуде, изготовленном из конструкционного и термически стойкого, высокоплотного углеродного материала - графита марки ISEM-1(И-1).