Способ измерения концентрации ледяных ядери уСТРОйСТВО для ЕгО ОСущЕСТВлЕНия Советский патент 1981 года по МПК G01W1/00 

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ЛЕДЯНЫХ ЯДЕР И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Указанная цель достигается тем, что анализируемый поток увлажняют до двухпроцентного пересыщения водяных паров и затем охлаждают его со скоростью, пропорциональной времени охлаждения в степени 3/2.

Способ осуществляется тем, что в устройстве)содержащем камеру предварительного охлаждения и увлажнения, облачную камеру в форме усеченного конуса с двойными стенками, внутренняя из которых пористая, охлаждающие и счетный блоки, камера предварительного охлаждения и увлажнения выполнена в виде двух вертикально ориентированных цилиндров, расположенных один в другом, причем внутренний выполнен из пористого материала и связан с а втономным охлаждающим блоком.

С целью уменьшения погрешностей счета числа кристаллов в устройстве за счет попадавших в счетный блок под действием силы тяжести капель тумана, образовавшегося в камере предварительного охлаждения и увлажнения, последняя может быть размещена под облачной камерой.

Такое расположение и исполнение камеры предварительного охлаждения и увлажнения необходимо для реализации предлагаемого способа получения величин пересыщений, имеющих место в естественных облаках. Во внутреннем объеме камеры предварителного охлаждения и увлажнения поддерживается определенная разность температур путем подачи во внутреннюю камеру с пористыми стенками жидкости, имеющей температуру более низкую, чем температура исследуемого воздуха. При этом стенки наружной камеры статируются при температуре, равной температуре исследуемого воздуха. Величина температуры жидкости подаваемой во внутреннюю камеру, рассчитывается по формуле

lilil±ilbl-,l , (.)

ma.yi°/o- 2Е (ЛЬ±Ь)

где SfT, величина максимального пересыщения;

Е(Т) насыщающая упругость водяного пара при температуре исследуемой пробы;

Е (T,.j) - насыщающая упругость водяного пара при темпеpatype, полученной из формулы;

Е (Ь±та;

насьпцающая упругость водяного пара при средней температуре,

причем , принимают равной от 0,1 до 1%, что имеет место в естественных облаках.

Таким образом, формирование тумана осуществляют при контролируемых пересыщениях, по величине равным естественным облачным, что способствует образованию капель тумана со стабильной микроструктурой. Далее, сформированный в таких уело- ВИЯХ туман, охлаждают до низких температур, при которых происходит выпадение кристаллов. При охлаждении могут возникнуть неконтролируемые пересыщения, превыаающие S a Чтобы этого не возникло, температуру тумана понижают по закону, пропорциональному времени в степени три вторых.

На чертеже изображено устройство общий вид.

Устройство состоит из теплоизолированных камер 1 и 2, жестко связанных друг с другом и расположенных вертикально друг Нс1д другом. Камера 1 предназначена для предварительного охлаждения и увлажнения исследуемой пробы с образованием тумана. Для получения тумана с пересыщением соответствукядйм естественным облачным условиям, во внутреннем объеме

3камеры 1 выполнена вторая камера

4с пористыми стенками 5 и насосом б для подачи в камеру 4 охлаждаемой Б термоэлектробатарее 7 воды. Для увлажнения исследуемой пробы камера

1имеет внутреннюю пористую стенку

8 и охлаждающее устройство 9. Камер

2предназначена для переохлаждения тумана .до отрицательных температур с выпадением кристаллов. Камера 2 представляет собой усеченный конус с двойными стенками ,10 - наружная и 11 - внутренняя из пористого материала. Полость между стенками служит коллектором 12 антифриза и сообщена с охлаждающим устройством 13. верхней части камеры 2 находится счетное устройство 14 для счета концентрации ледяных ядер. Обе камеры покрыты теплоизоляцией 15.

Устройство работает следующим образом.

Устанавливают просос воздуха снизу вверх и забирают пробу в камеру 1, в объеме 3 которой поддерживается разность температур стенки

5внутренней Кс1меры 4, в которую .подается насосом 6 вода, охлаждаемая до температуры T/j с помощью термоэлектробатареи 7 и стенки 8 камеры 1, охлаждаемой до температуры исследуемой пробы Т с помощью охлаждакидего устройства 9. Температура T,j рассчитывается по формуле при заранее заданной величине пересыщения, которая при образовани естественных облаков, как правило, изменяется в пределах от 0,1 до 1%. Проба воздуха увлажняется и охлаждается в разнотемпёратурнем объеме

3камеры 1 до образования тумана, имеющего пересыпание, равное по величине пересыщению в естественных

облаках и стабильную микроструктуру. Далее туман- просасывается в камеру 2, охлаждаемую антифризом из теплообменника охлаждающего устройства 13 до отрицательных температур и переохлаждается. Чтобы стенки каме ры 2 не покрывались льдом, камера имеет внутреннюю пористую стенку 11, сквозь поры которой просачивается антиобледеняющая жидкость. Переохлаждение осуществляют со скоростью вычисляемой по формуле

AT1n To-1b oLt 3/2 (2)

где ATli - скорость охлаждения;

TO - температура тумана на выходе из камеры 1;

Ttt - температура тумана на расстоянии h от выхода из камеры 1;

А - коэффициент пропорциональности.

С такой скоростью туман охлаждается до выбранной температуры проявления ледяных ядер, которая поддерживается в камере определенное .время пока на ледяных ядрах не образуются кристаллы., которые попадают в сче ное устройство, определяющее концентрацию ледяных ядер.

В результате усовершенствования конструкции камеры предварительного охлаждения и увлажнения повысилась степень точности измерения концентрации ледяных ядер, так как в ней возможно моделировать условия образоЪания тумана, соответствующего естественным атмосферным условиям.

Формула изобретения

1. Способ измерения Концентрации дд ледяны с ядер путем увлажнения и

охлаждения анализируемого потока водуха с последующим счетом выросших кристаллов, льда, отличающис я тем, что, с целью повышения точности путем приближения условий измерения к естественным, в нем анализируемый поток увлажняют до двухпроцентного пересыщения водяных паров и затем охлаждают его со скоростью, пропорциональной степени 3/2 времени охлаждения.

2.Устройство для осуществления способа по П.1, содержащее кгинеру предварительного охлаждения и увлажнения, облачную камеру в форме усеченного конуса с двойными стенками, внутренняя из которых пористая, охлаждающие устройства для каждой камеры и счетный блок, размещенный в верхней части облачной камеры, отличающееся тем, что, в HSNi камера предварительного охлаждения и увлажнения выполнена в виде двух вертикально ориентированных ЦИЛИНДРОВ) расположенных один в другом, причем внутренний выполнен из пористого материала

и связан с введенным в устройство автономным охлаждающим блоком.

3.Устройство по п.2, отличающейся тем, что, с целью уменьшения погрешностей счета кристаллов, в нем камера предварительного охлаждения и увлажнения размещена .под облачной камерой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Alofs D.J. U Mahuta,P.C.

Proceedings of the VIH internatio nal conference on nucleation. ,M., ГидрометеоиЗдат, 1975, p.278.

2.Авторское свидетельство СССР № 679904, кл. G 01 W 1/00, 197« (прототип).