Способ воздействия на электрическое состояние облака Советский патент 1992 года по МПК A01G15/00 

Изобретение относится к активным воздействиям на атмосферные процессы и может быть использовано для снижения электрической активности грозовых облаков.

Известен способ воздействия на грозовые облака путем введения кристаллизующих реагентов, например твердой углекислоты.

Внесение таких реагентов в мощные кучевые облака на различных стадиях их развития не всегда приводит к однозначным результатам: в одних случаях напряженность электрического поля в облаке резко возрастает, в других случаях засев приводит к исчезновению переохлажденной части облака и ослабляет его электрическую активность.

Наиболее близким к изобретению является способ воздействия путем внесения в грозовое облако между двумя зонами, имеющими пространственные заряды разных

знаков электропроводящих нитей из штапельного углеродного волокна. Усиление напряженности поля на кончиках таких волокон приводит к зажиганию коронного разряда. При возникновении в облаке множественных коронных разрядов образуется большое количество свободных зарядов и увеличивается проводимость облака, что препятствует росту напряженности поля.

Недостатком данного способа является низкая эффективность воздействия из-за высокой слипаемости волокон. При диспер-- гировании заранее пакетированных волокон, вместо одиночного коронирующего волокна фактически образуются отдельные пучки волокон, поэтому снижается ток коро- нирования в расчете на единицу массы реагента. Это обстоятельство заставляет сильно увеличивать практически реализуемый расход реагента, вплоть до экономически не приемлемых значений.

Ё

2

CS

о

Цель изобретения - уменьшение количества исгюльзуемого материала без снижения эффективности воздействия.

Цель достигается тем, что между двумя зонами, имеющими пространственные заряды разных знаков, вносят электропроводящие нити, причем электропроводящие нити образуются путем введения капель во- локнообразующего состава размером более 100 мкм в зоны с напряженностью поля более 50 кВ/м.

При этом в качестве волокнообразую- щего состава используют следующий состав: водный раствор поливинилового спирта и хлорида кальция в качестве гигроскопической добавки, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Поливиниловый спирт9-31

Хлорид

кальция0,

ВодаОстальное

Возможно в качестве волокнообразую- щего состава использовать также следующий состав: спиртовой раствор поливинилбутираля и хлорида кальция в качестве гигроскопической добавки при следующем соотношении компонентов, мас.%- Поливинилбутираль10-26

Хлорид

кальция0,5-3

Этиловый

спиртОстальное

Состав вносят в виде капель диаметром не менее 100 мкм в области с напряженностью поля более 50 кВ/м. При этом из отдельных капель волокнообразующего полимерного состава, содержащего гигроскопическую добавку, под действием растягивающих их электростатических сил внешнего поля формируются тонкие (диаметр 1-20 мкм) и длинные (длина 1-30 см) волокна, обладающие высокой поверхностной проводимостью во влажной среде, достаточной для зажигания на их концах коронного разряда в поле, характерном для типичного грозового облака. Ясно, что полное падение напряжения на длине волокна должно быть хотя бы в несколько раз меньше падения напряжения в областях коронного разряда, возникающего на концах отдельного волокна, помещенного в сильное электрическое поле. При характерном токекоронирования(0,1-1 10 А) и напряженности поля 0,5 - 4,0 кВ/см полное сопротивление волокна длиной в несколько сантиметров НВол 109-1010 Ом уже является вполне малым для того, чтобы не ограничивать максимальный ток коронирования.

Эксперименты показывают, что поверхностной проводимости гидрофильных волокон во влажной среде, в особенности при наличии добавок электролитов, совершенно достаточно для возбуждения коронного разряда с них не менее мощного, чем с аналогичных металлических волокон.

Верхнее и нижнее значение концентра - ций поливинилового спирта в воде соответствуют наилучшим экспериментально обнаруженным-реологическим свойствам, а именно сочетанию вязкости и поверхностного натяжения, для формирования волокон из капель раствора во внишних электрических полях, характерных для электрического состояния типичного грозового облака, т.е 0,5-4,0 кВ/см, пои минимальном расходо вании растворителя.

Содержание хлорида кальция (гигроскапической добавки) обусловлено экспериментально обнаруженным оптимальным повышением поверхностной проводимости. В условиях влажности 97% превышение концентрации хлорида кальция более 7% не

приводит к дальнейшему увеличению тока коронного разряда с волокна. Содержание хлорида кальция 0,5% достаточно для коронирования с одиночного волокна диаметром 50 мкм и длиной 5 см в поле Е 150

к В /м при токе короны 10 А, использование меньших количеств хлорида.кальция приводит к существенно более низким токам, очевидно из-за процесов капсулирования поливиниловым спиртом островков обводненного хлорида кальция на поверхности волокна.

П р и м е р 1. Волокнообразующий реагент готовят на основе воды, содержащей 9 мас.% поливинилового спирта и 0,5 мас.%

хлорида кальция. Указанный состав распы ляют в электрически активной части облаке, где напряженность поля составляет 100 кВ/м. Состав распыляют выливным мето дом. При распылении образуются капли

средний диаметр которых составляет 100- 200 мкм. Во внешнем электрическом поле капли деформируются и вытягиваются в волокна, Средний диаметр волокон около 8 мкм, а длина 2-10 см. Вода испаряется и

0 волокна отверждаются. На гигроскопичной поверхности волокна, вследствие модификации ее хлоридом кальция, образуется водяная пленка, которая дает основной вклад в электропроводность волокон. Удельное

5 электрическое сопротивление в данном случае составляет при влажности окружающего воздуха 97% около 40-50 Ом м. При напряженности электрического поля Е - 100 кВ/м в среднем с каждого одиночного РП

локна стекает разрядный ток 0,2 10 А. Чтобы обеспечить суммарный ток, сравнимый со средним током разделения зарядов в грозовых облаках (т.е. порядка нескольких ампер), необходимо несколько десятков миллионов волокон (капель). Так как средняя масса одной капли 5 кг, то для эффективного воздействия на типичную грозовую ячейку потребуется с учетом потерь ионов, рекомбинирующих на облачных каплях, 5-10 кг волокнообразующего состава на одну грозовую ячейку.

П р и м е р 2. Волокнообразующий состав готовят на основе воды, содержащей 31 мас.% поливинилового спирта и 3 мас.% хлорида кальция. Указанный состав распыляют в электрически активной части облака, где напряженность поля составляет 50 кВ/м. Состав распыляют выливным методом. При распылении образуются капли, средний диаметр которых 200-330 мкм. Во внешнем электрическом поле, а также под действием набегающего потока капли испытывают деформацию и вытягиваются в волокна. Средний диаметр волокон составляет около 10 мкм, а длина 7-25 см. На гигроскопичной поверхности отверж- денного волокна, вследствие модификации ее хлоридом кальция, образуется тонкая водяная пленка, вымывающая CaCl2. Эта пленка дает основной вклад в электропроводность волокон. Удельное электрическое сопротивление волокон в данном случае составляет при влажности окружающего воздуха 97% около 10 Ом м. При напряженности электрического поля, указанной выше, в среднем с каждого единичного волокна стекает разрядный ток 0,5 А. Чтобы обеспечить суммарный ток, сравнимый со средним током разделения зарядов в грозовом облаке, необходимо несколько десятков миллионов волокон (капель), т.е. для эффективного воздействия на грозовую ячейку потребуется с учетом потерь ионов, рекомбинирующих на облачных каплях, 8-15 кг волокнообразующего состава на один акт воздействия.

П р и м е р 3. Волокнообразующий реагент готовят на основе воды, содержащей 26 мас.% поливинилбутираля и 3 мас.% хлорида кальция. Указанный состав распыляют в электрически активной части облака, где напряженность поля составляет 50 кВ/м. Состав распыляют выливным методом. При распылении образуются капли, средний диаметр которых составляет 180-300 мкм. Во внешнем электрическом поле капли деформируются и вытягиваются в волокна. Средний диаметр волокон около 10 мкм, а длина

5-20 см. Вода испаряется и волокна отвер- ждаются. На гигроскопичной поверхности волокна, вследствие модификации ее хлоридом кальция, образуется водяная пленка. 5 которая дает основной вклад в электропроводность волокон. Удельное электрическое сопротивление в данном случае составляет при влажности окружающего воздуха 97% около 10 Ом м. При напряженности элект0 рического поля Е 50 кВ/м в среднем с каждого одиночного волокна стекает разрядный ток 0,35 А. Чтобы обеспечить суммарный ток, сравнимый со средним током разделения зарядов в грозовых облаках

5 (т.е. порядка нескольких ампер), необходимо несколько десятков миллионов волокон (капель). Так как средняя масса одной капли 2 10 7 кг, то для эффективного воздействия на типичную грозовую ячейку потребуется с

0 учетом потерь ионов, рекомбинирующих на облачных каплях, 10-20 кг волокнообраэую- щего состава на одну грозовую ячейку.

П р и м е р 4 Волокнообразующий реагент готовят на основе этилового спирта,

5 содержащего 10 мас.% поливинилбутираля и 0,5 мас.% хлорида кальция. Указанный состав распыляют в электрически активной части облака, где напряженность поля составляет Е 100 кВ/м. Состав распыляют

0 выливным методом. При распылении образуются капли, средний диаметр которых со- ставляет 100-200 мкм. Во внешнем электрическом поле капли деформируются и вытягиваются в волокна. Средний диаметр

5 волокон около 7 мкм, а длина 2-12 см. Этиловый спирт испаряется и волокна отверж- даются. На гигроскопичной поверхности волокна, вследствие модификации ее хлоридом кальция, образуется водяная пленка,

0 которая дает основной вклад в электропроводность волокон.

Удельно электрическое сопротивление волокон, в данном случае, составляет при влажности окружающего воздуха 97% около

5 70 Ом м. При напряженности электрического поля Е 100 кВ/м всреднем с каждого одиночного волокна стекает разрядный ток 0,3 А. Чтобы обеспечить суммарный ток, сравнимый со средним током разделе0 ния зарядов в грозовом облаке (т.е. порядка несокльких ампер), необходимо несколько десятков миллионов волокон (капель). Так как средняя масса одной капли 5 10 кг, то для эффективного воздействия на типичную

5 грозовую ячейку потребуется с учетом потерь ионов, рекомбинирующих на облачны каплях, 4-8 кг волокнообразующего состава на 1 грозовую ячейку.

Нет необходимости использовать металлизацию или карбонизацию волокон для придания им электропроводности. Снижение расхода реагента, исключение наличия металла в его составе позволяет повысить экономичность воздействия. Срок хранения реагента в пригодном к употреблению состояния по результатам исследований составляет не менее года при условии соблюдения герметичности соответствующей жидкости.

Формула изобретения 1. Способ воздействия на электрическое состояние облака, включающий внесение между двумя зонами, имеющими пространственные заряды разных знаков, электропроводящих нитей, отличающийся тем, что, целью уменьшения количества используемого материала, электропроводящие нити образуют путем введения капель волокнообразующего состава размером более 100 мкм в зоны с напряженностью электрического поля, превышающей 50 кВ/м.

2.Способ по п. 1,отличающийся тем, что в качестве волокнообразующего состава используют водный раствор поливинилового спирта и хлорида кальция при

следующем соотношении компонентов, мас.%:

Поливиниловый

спирг9-31

Хлорид кальция0,5-3.0

ВодаОстальное

3.Способ по л.1,отличающийся тем, что в качестве волокнообразующего состава используют спиртовой раствор пол

ивинилбутираля и хлорида кальция при следующем соотношении компонентор мас.%:

Поливинилбутираль10-26

Хлорид

кальция0,5-3.0

Этиловый

спиртОстальное

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для снижения электрической активности грозовых облаков путем внесения электропроводящих нитей в область между двумя зонами, имеющими пространственные заряды разных знаков, С целью уменьшения количестваиспользуемогоматериала электропроводящие нити образуют непосредственно в облаке путем введения капель волокнообразующего состава. 2 з.п. ф-лы.