Способ определения концентрации льдообразующих ядер

.СВОЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК ЕТЕЛЬСТВ К АВТОРСКОМ ем,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ(71) Государственное специальное кон"структорское бюро теплофизическогоприборостроения и Высокогорный геофизический институт:, р. 1000-1011,2. Авторское свидетельство СССР(5) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ЛЬДООБРАЗУЮЩИХ ЯДЕР путем увлажнения пробы исследуемого воздуха, охлаждения ее до температуры на 3-Йф выше порога нуклеации льда на аэрозольных частицах, ввода пробы исследуемого воздуха в,облачную камеру и счета образованных ледяных кристаллов, о т л и ч а ю щ и й с я т что,с целью повышения точности, ввод пробы исследуемого воздуха в облачную камеру производят перпендикулярно к ее оси и тангенциально к ее боковой стенке.5 о 15 2 О 25 зо 40 45 50 55 Изобретение относится к измери.тельной технике в метеорологии иможет быть использовано при моделировании природного переохлажденногооблака с целью изучения льдообразующей эффективности как естественныхтак и искусственных аэрозолей.Известен способ определения кон-центрации льдообразующих ядер, заклю"чающийся в термостатировании исследуемого воздуха при +22 С и увлажненииего до 80 относительной влажностис последующим вводом в герметичнуюохлаждаемую облачную камеру. Вводвоздуха производится через центральное отверстие в ее крышке вертикально вниз со скоростью 2 м/с, которая является оптимальной для,повышения процесса турбулизациии ускорения смешения тепловоговходящего воздуха с холоднымпристенным воздухом в камере.Воздух быстро охлаждается и льда"образующие ядра активируются, Возникшие на них ледяные кристаллывырастают и, проходя церез капилляр,стягивающий конусное дно камеры,считываются акустическим счетчиком,реагирующим на размер частиц свыше20 мкм, Для уменьшения пересыщения,возникающего при быстром охлаждениипробь 1, и предотвращения быстрого роста отдельных водяных капель в камерудобавляются ядра конденсации в ко"лицестве 104 на литр исследуемойпробы воздуха 11.Недостатком данного способа является то, цто для нахождения абсолютного значения концентрации льдообразующих ядер нужно вводить поправоцный коэффициент, который зависитот условий работы счетцика, Вследствие этого условия моделированиядалеки от естественных: термостатиьэвание пробы производится при +22 С;Оизлишне большая концентрация капельиз-за введения дополнительных ядерконденсации; чрезмерно быстрое охлаждение пробы от +22 до -20 С;большая начальная скорость движения пробы по оси камеры, приводящаяк свечеобразному профилю полей температуры и пересыщения в камере и др.Из-за того, что крупные кристаллыоседают на стенках конуса и не попадают в счетчик, снижается .точностьизмерений,Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности и достнгаемому результату являешься способ опре. деления концентрации льдообразующих ядер путем увлажнения пробы исследуемого воздуха, охлаждения ее до температурц на 3-ч С выше порога нуклеации льда на аэрозольных частицах, ввода пробы исследуемого воздуха в облачную камеру и счета образованных ледяных кристаллов 2 .Однако известный способ не обеспецивает достаточной точности определения концентрации льдообразующих ядер.Цель изобретения - повышение точности определения концентрации льдообразующих ядер.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения концентрации льдообразующих ядер путем увлажнения пробы исследуемого воздуха, охлаждения ее до температуры на 3-1 С выше порога нуклевции льда на аэрозольных частицах, ввода пробы исследуемого воздуха в облачную камеру и счета образованных ледяных кристаллов, ввод пробы исследуемого воздуха в облачную камеру производят перпендикулярно к ее оси и тангенциально к ее боковой стенке,Способ определения концентрации льдообразующих ядер осуществляютв облачной камере. Исследуемый воздух перед вводом в облачную камеру увлажняют и пропускают через предварительный охладитель, где его температураснижается почти до порога льдообразования, но не доводится до него на3-1"С. После этого пробу воздуха вводят в герметицную облачную камеручерез ряд отверстий, расположенныхпо периметру охлаждаемой стенки, перпендикулярно оси камеры и тангенциально к стенке камеры. При прохождении вблизи охлаждаемой стенки проба быстро принимает ее температуру, которая подбирается равной температурельдообразования. Ввиду того, цто проба впускается в камеру перпендикулярно ее оси, вдоль которой производится непрерывная протяжка воздуха, то проба вначале равномерно распределяется по всему сечению камеры, а затем уже дрейфует по направлению протяжки вдоль оси камеры, Зтим же обеспечивается и длительность временипребывания пробы в переохлажденном состоянии в объеме камеры, т.е. нужная температура приобретается всейпробой сразу после ее ввода в камеру3 102и сохраняется равномерной до ее выхода. При этом температурное полебывает равномерным по всему объемукамеры.На фиг. 1 изображен проточный счет чик льдообразующих ядер 1 на фиг.2 разрез А-А на фиг, 1,. Устройство содержит, охлаждаемуюснаружи цилиндрическую камеру 1,впускной. 2 и выпускной 3 коллекторыс подводящими штуцерами 4 и 5 и рядом отверстий б.Ниже впускного коллектора 2 распо"лагается счетный объем кристаллов 7с окном для освещения о и окном длянаблюдения 9. Устройство также имеетотводящую трубку 10, и подводящую11, а также увлажнитель 12, В камерувставляется тканевый цилиндр 13 Крышка. камеры, охлаждающая система итеплоизоляция не показаны,Устройство работает следующим образом.Перед вводом в камеру пробу тер 1 амостатируют при температурах на 3-ч Свыше порога нуклеации. Исследуемаяпроба воздуха засасывается черезтрубку 11, увлажняется в увлажнителе12 и через подводящий штуцервво- .дится во впускной коллектор 2.Впускной коллектор 2, так же как.и. выпускной 3 изготовлены в виде йолого кольца с рядом отверстий по еговнутренней поверхности. Отверстия .сделаны под углом 60-65 к радиусуОко 1 ьца для придания пробе начальноговращательного движения в пристеннойобласти камеры, Вошедший в коллектор2 воздух через ряд отверстий 6 попадает в цилиндрическую камеру 1. В.камеру воздух входит перпендикулярноее оси с вращением в пристенной области и одновременным дрейфом вверхчастицы воздуха движутся по спирали), Из-за трения о стенки камеры и внутреннего трения воздухавращение пробы быстро замедляетсяи на высоте 10 см впускного коллектора 2 оно уже не обнаруживается.При вращении пробы в пристенной об-,ласти оно быстро принимает температуру стенок камеры, которая подбирается равной температуре нуклеациильдообразующих ядер, содержащихсяв пробе воздуха, конденсируется нааэрозольных частицах пробы, образуятуман. Льдообраэующие ядра, активируясь при этом, зарождают ледяныекристаллы. Поднимаясь вверх вместе 3269 4с пробой воздуха со скоростью0,5 смlс, они бстро растут эа счетразности давлений насыщающего паранад водой и льдом. По мере ростадвижение кристаллов вверх замедляется, они зависают, а затем падаютвниз, преодолевая восходящий поток,На этой ветви траектории кристалловна их.сублимационный рост может на кладываться коагуляционный ростза счет столкновений с каплями. Приэтом происходит дополнительная активация льдообразующих ядер повышением локальных пересыщений, возникающих 15 .при повышении температуры замерзающихкапель. Падающие ледяные кристаллыпопадают в счетный объем 7, где онипересекают луч света, посылаемый изокна 8, и вспышки отраженного откристаллов света подсчитывают черезокно 9. Прошедший исследование воздух вместе с мелкими каплями выводится наружу через штуцер 5 и трубку 10.Двигаясь по трубке 10, выходящий 25 воздух охлаждает коаксиальную с нейтрубку 11 и входящую по ней пробувоздуха доводя ее температуру почтиО. до пррога нуклеации (на 3-1 выше).Рабочий объем камеры формируется 30тканевым цилиндром 13, установленнымс зазором от стенок.Таким образом, изготовление впускного коллектора в виде полого кольцас косыми впускными отверстиями поего внутренней поверхности позволяетравномерно распределить пробу исследуемого воздуха,по всему сечению ка- .меры, уменьшить путь ее охлажденияи тем самым почти весь объем камерысделать рабочим, т.е. имеющим равно"40мерные наперед заданные температуруи влажность активации ядер. Этому жеспособствует предварительный охладитель, выполненный в виде входной. и выходной коаксиальных труб, Предва" 45рительный охладитель уменьшает такжепересыщение в пробе. Косые впускныеотверстия обеспечивают быстрое охлаждение пробы, заставляя ее в начальныймомент двигаться у стенок камеры и 5 предотвращают таяние выпадающих ледяных кристаллов при их пролете мимовпускного коллектора, освобождаяпочти всю площадь сечения камеры оттеплого воздуха. Отсутствие градиента температур между пробой и стенками камеры значительно уменьшает инееобраэование на металлических стенкахкамеры. Тканевчй цилиндр предотвра1023269 АСоставитель В, АгаповаРедактор Т.Веселова Техред Ж.Кастелевич Корректор В "ирняк Заказ 4205/30 Тираж 710 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул; Проектная,3щает попадание обломков инея в рабочий объем камеры и возникновение ложного счета кристаллов, Установка впускного коллектора в нижней части камеры, а выпускного в верхней позво ляет полнее моделировать облачные процессы и увеличить ра меры образовавшихся кристаллов, что значительно снижает ошибку их счета, Выполнение выпускного коллектора в ви- ф де полого кольца (таким же как впускной коллектор) позволяет полнее использовать весь объем камеры, уменьшает вероятность выноса образовавшихся кристаллов через него, а так- ф же провести контрольные эксперименты с впуском воздуха в камеру сверху, т.е, изменить назначение впускного коллектора на обратное,6Таким образом, предварительное охлаждение пробы перед ее впуском в облачную камеру обеспечивает быстрое охлаждение пробы без возникновения значительных пересыщений,а также сохранение естественной концентрации водяных капель, так как отпадает необходимость в дополнительных ядрах конденсации. Впуск пробы в облачную камеру тангенциально к охлаждаемой стенке перпендикулярно оси камеры также определяет равномерность температурного поля во всем объеме камеры. Кроме того, длительность пребывания пробы в переохлажденном состоянии в камере обеспечивает правильное выявление льдообразующей активности аэрозолей.