Содержание к диссертации
Введение
I. Кристаллизующие реагенты и методы введения их в облака
1.1. Хл а до реагенты
1.2. Кристаллизующие аэрозоли J,
1.3. Методы интенсификации кристаллизующих свойств реагентов А°. АК
II. Исследование процессов гомогенного образования ледяных ядер в сверхзвуковой струе пересыщенного водяного пара,
2.1. Экспериментальная установка и методика экспериментов .--А5.
2.2. Исследование льдообразующей активности сверхзвуковой струи пересыщенного водяного пара
3.1. Метод воздействия на облака с помощью сверхзвуковой аэрозольно-паровой струи 61-69
3.2. Влияние режимов генерации на льдообразующую активность аэрозольно-паровой струи rF. JA
3.3. Влияние типа реагента, его концентрации, типа используемого растворителя на активность аэрозольно-паровой струи .TVA/.
III. Интенсификация процессов зародышеобразования в сверхзвуковой струе пересыщенного водяного
3.4. Метод активации кристаллизующего действия реагентов путем диспергировании их в Пересыщенном водяном паре ..
3.5. Исследование дисперсных характеристик аэрозолем, получаемых в аэрозольно-паровой струе ? !?,
IV. Анализ процессов зародышеобразования в сверх звуковой струе пересыщенного водяного пара РД ,{22 № - 422 425 - і 25
4.1. Гомогенная конденсация в струе.
4.2. Гетерогенная кристаллизация в аэрозольно-паровой струе
Приложение
Заключение
Литература
Введение к работе
Нынешняя эпоха - эпоха интенсивного развития всех отраслей народного хозяйства. Особое значение в настоящее время приобретает всемерное развитие всех отраслей сельскохозяйственного производства и на баве этого - успешное выполнение Продовольственной Программы.
Климатическое районирование территории СССР таково, что многие зоны активной сельскохозяйственной деятельности расположены в районах с неблагоприятными климатическими условиями. Например: юг Украины - недостаток влаги, Шлдавия и Грузия -опасные градобития в период вегетации. В этой связи важной задачей физики атмосферы, приобретающей значение народнохозяйственной, становится задача разработки и создания систем искусственного управления погодой.
Наиболее перспективным методом управления погодой является управление фа8овыми переходами воды в атмосфере. Облака, каж правило, представляют собой метаста бильную термодинамическую систему, состоящую из переохлажденной ниже 0°С воды и водяного пара. В такой системе происходит сложное взаимодействие между ее компонентами, скорость протекания которых существенным образом зависит от фазового состояния воды в облаке. Поэтому, управляя в известных пределах фазовым состоянием облачной среды, можно осуществлять управление развитием облачных процессов,- образованием осадков, развитием электри-ческих процессов, образованием градовых зародышей в облаке. Механизм, по которому осуществляется управление развитием облака иввестен в специальной литературе как механизм Бержерр-на - іиндейзена. Действие его заключается в преимущественном росте ледяных частиц в жидкокристаллическом облаке за счет существующей разности упругостей насыщения водяного пара над льдом и водой. "Включение" этого механизма осуществляется путем искусственного введения в жидкокапельное переохлажденное облако ледяных ядер. Генерирование ледяных зародышей осуществляется с помощью специальных веществ - реагентов, которые по своему физическому принципу действия подразделяются на хладо-реагенты и кристаллизующие аэрозоли.
Хладореагенты - вещества, имеющие при обычных условиях низкие температуры кипения. К ним относятся твердая углекислота, сжиженные гавы. Физический принцип гляциогенного действия хладореагентов состоит в ревком охлаждении части облачного пространства или любого газа, содержащего водяной пар, при которых создаются условия гомогенного образования ледяных ва-родышей. К хладореагентам относятся также системы расширения сжатых увлажненных газов, перегретого водяного пара.
Кристаллизующие аэрозоли - кристаллические вещества со структурой изоморфной кристаллической структуре льда. Диспергирование таких веществ в облаке эквивалентно внесению в него ледяных частиц. Строго говоря, полного совпадения кристаллических свойств воды и любого другого вещества нет и не может быть по ряду причин, поэтому, на самом Деле, имеет место квазиподобие структур.
Эффективность действия реагентов принято характеризовать их льдообразующей активностью, под которой понимается количество активных, при заданных условиях, ядер, генерируемых с единицей массы вещества. При проведении широкомасштабных мероприятий по воздействию на погоду с помощью реагентов важное значение приобретает не только физический эффект их применения, а, главным образом, экономические и экологические свойст 5 ва этих веществ. Использование для активных воздействий на погоду хладореагентов является экологически более предпочтительным, поскольку в этом случае в атмосферу не вносятся загрязняющие вещества. Однако, все известные хладореагенты имеют низкую льдообразующую активность, что требует больших экономических затрат при проведении активных воздействий. Наибольшую активность имеет йодистое серебро, однако, является дефицитным и дорогостоящим веществом, используемый сейчас для воздействий йодистый свинец не вполне отвечает экологическим требованиям. Обширный класс органических льдообразующих веществ проявляет недостаточную активность (сравнимую с активностью хладореагентов). Таким образом, вопрос о выборе реагента для проведения широкомасштабных мероприятий по воздействию на погоду по существу остается открытым. Более чем 30-ти летняя практика поиска новых льдообразующих веществ, столь/же эффективных, что и йодистое серебро, не решила проблему. Проблема искусственного синтезирования веществ с заранее заданными свойствами также является нерешенной.
Однако, решить поставленную задачу можно путем разработки методов интенсификации кристаллизующего действия уже известных гляциогенных веществ. Л.Г.Качуриным показано, что при определенных условиях сам водяной пар может проявлять высокие льдообразующие свойства. Если водяной пар вводить в облако в виде сверхзвуковой струи пересыщенного пара, то, при ревком его охлаждении, в струе создаются условия для гомогенного образования ледяных зародышей. Интенсивность образования ледяных зародышей в струе при этом оказывается зависимой от целого ряда параметров струи и внешней среды. Исследование таких зависимостей позволяет, во-п-ервых, осуществить выбор оптимальных условий введения водяного пара в облако; во-вторых, pas-работать способ интенсификации процесса образования ледяных ядер в струе посредством управления конденсационными процессами в ней. Льдообраэующая активность реагентов зависит от пересыщения водяного пара по отношению к поверхности аэрозольных частиц реагентов (ко льду при совпадении их кристалличес-ких свойств). В реальных условиях в облаках пересыщение определяется ревностью упругостеи насыщения над водой и льдом при заданной температуре. Если искусственно создать локальные зоны, пересыщенные водяным паром и внутри них осуществить должным обраэом диспергирование реагента, то их кристаллизующее действие можно резко ьувеличить. Сочетание двух механизмов -конденсация в пересыщенной струе и льдообразование на аэрозольных частицах льдообразующих веществ позволяет создать эффективную систему для воздействия на переохлажденные облака. Работа выполнена в Ленинградском гидрометеорологическом институте под руководством профессора Л.Г.Качурина. Часть экспериментальных исследований проведена на экспериментальном сеосризичёскди комплексе Института геофизики АН Гр.ССР, Главнои о"бсерватории им.А.И.Воейкова.
Первая глава представляет собой обзор литературных данных по льдообразующим свойствам известных реагентов, эффективности их диспергирования в облаке и на основе этого - выбору подходящих веществ для проведения исследований по их активации. Во второй главе излагаются результаты экспериментальных исследований льдообразующих свойств сверхзвуковой струи пересыщенного водяного пара. В третьей главе приводятся экспериментальные результаты по активации льдообразующих свойств сверхзвуковой паровой струи и реагентов в струе. В четвертой главе обсуждаются результаты теоретических расчетов и аналиэа процессов гомогенной и гетерогенной кристаллизации в сверхзвуковой струе пересыщенного водяного пара.
Автор считает приятным долгом выразить благодарность доценту Григорову И.О., заведующему отделом Института геофизики АН Гр.ССР Окуджава A.M., заведующему отделом ГГО им.Воейкова А.И. Воробьеву Б.М. за содействие, оказанное при проведении исследований.
Особую признательность автор выражает своему научному руководителю профессору Л.Г.Качурину.
Похожие диссертации на Исследование процессов гомогенной и гетерогенной кристаллизации в сверхзвуковой струе пересыщенного водяного пара
