RU2616393C1

RU2616393C1 - Fog dissipator

Info

Publication number: RU2616393C1
Application number: RU2016118539A
Authority: RU
Inventors: Марина Алексеевна Васильева; Владимир Николаевич Иванов; Надежда Вячеславовна Жохова; Николай Петрович Романов; Алексей Алексеевич Палей; Юрий Владимирович Писанко; Анатолий Викторович Савченко; Александр Васильевич Тертышников
Priority date: 2016-05-13
Filing date: 2016-05-13
Publication date: 2017-04-14

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: invention relates to the field of technology, designed to dissipate fog in a controlled area (airports, high-speed roads, open areas for a variety of sport and entertainment events, etc.), where it is necessary to meet the requirements for transparency of the atmosphere and ensure the visibility range. The device comprises cylindrical electrodes (4) connected to an electrical power source (5). Between the electrodes grounding members (7) coated with a porous material with open pores are mounted with a gap against the electrode surface.

EFFECT: increased efficiency of fog dissipation.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области техники, предназначенной для рассеивания тумана над контролируемой территорией путем отделения от надвигающегося на нее тумана капель жидкости. Это, прежде всего, объекты, где для управления транспортными средствами необходимо обеспечение дальности видимости (аэродромы, скоростные автодороги, морские порты и т.п.), а также открытые площадки для проведения различных спортивных и зрелищных мероприятий. Кроме того, техническое решение может быть использовано для получения воды из движущихся переувлажненных воздушных масс воздуха, а также для очистки выбрасываемых в атмосферу газовых потоков от содержащихся в них капель жидкости.The invention relates to the field of technology for dispersing fog over a controlled area by separating liquid droplets from an approaching fog. These are, first of all, objects where to control vehicles it is necessary to provide a range of visibility (airfields, highways, seaports, etc.), as well as open areas for various sports and entertainment events. In addition, the technical solution can be used to obtain water from moving waterlogged air masses of air, as well as to clean the gas streams emitted into the atmosphere from liquid droplets contained in them.

Известен целый ряд технических предложений, направленных на решение проблемы искусственного рассеивания тумана. См., например, патенты США №2160900, №2934275, №2527230. Представленные в известных патентах способы рассеивания туманов основаны на искусственной конденсации паров воды путем использования специальных веществ, реагентов и могут быть использованы для рассеивания переохлажденных туманов. Для рассеивания теплых, более устойчивых туманов, данные методы не нашли практического применения.A number of technical proposals are known aimed at solving the problem of artificial dispersion of fog. See, for example, US patents No. 2160900, No. 2934275, No. 2527230. The methods for dispersing fogs described in the known patents are based on artificial condensation of water vapor by using special substances, reagents and can be used to disperse supercooled fogs. To disperse warmer, more stable fogs, these methods have not found practical application.

Для рассеивания теплых туманов над аэродромами использовался термический метод воздействия на туман под названием FIDO. См. например, http://www.youtube.com/watch?v=gAIjxaJ2_Ag. Тепло выделялось при сжигании жидкого топлива в горелках, установленных на длинных трубопроводах вдоль взлетно-посадочной полосы. Тепловые потоки обеспечивали рассеивание тумана над аэродромом. Данный метод очень дорог в эксплуатации. Для обеспечения рассеивания тумана требуется несколько сотен тысяч литров горючего в час. Помимо теплового воздействия на туман известны методы, использующие кинетическую энергию тепловой струи. См., например, патент США №2 969920, патент США №3712542. Данные методы также очень дороги в эксплуатации.To disperse warm mists over airfields, a thermal fog method called FIDO was used. See for example http://www.youtube.com/watch?v=gAIjxaJ2_Ag. Heat was generated by burning liquid fuel in burners installed on long pipelines along the runway. Heat flows provided dispersion of fog over the airfield. This method is very expensive to operate. To ensure dispersal of the fog, several hundred thousand liters of fuel per hour are required. In addition to the thermal effect on the fog, methods are known that use the kinetic energy of a thermal stream. See, for example, US patent No. 2 969920, US patent No. 3712542. These methods are also very expensive to operate.

Помимо тепловых методов в литературе описаны методы электрического воздействия на атмосферу. См., например, способ рассеивания тумана с помощью ионного облака, описание которого представлено в патенте США №4671805. В отчете HACA 3481 от 1981 г. (см. http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19820008785_1982008785.pdf) представлены материалы исследований по созданию ионных генераторов. Однако о практическом применении ионных генераторов в опубликованных источниках информации не представлено.In addition to thermal methods, the literature describes methods of electrical exposure to the atmosphere. See, for example, a method for dispersing fog using an ion cloud, the description of which is presented in US Pat. No. 4,671,805. A 1981 HACA report 3481 (see http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19820008785_1982008785.pdf) presents research on the creation of ion generators. However, the practical application of ion generators in published sources of information is not presented.

Известен способ рассеивания туманов и облаков, заключающийся в генерации электрических зарядов в атмосферу путем подключения к источнику высокого напряжения коронирующих проводов, закрепленных через изоляторы на опорах у поверхности земли (см. Л.Г. Качурин "Физические основы воздействия на атмосферные образования", Гидрометеоиздат, Ленинград, 1978 г. стр. 287-293; В.Б. Лапшин, А.А. Палей «Результаты натурных экспериментов по оценке влияния коронного разряда на плотность тумана». Метеорология и гидрология. 2006, №1, стр.41-47). Работы по испытанию данного метода показали, что рассеивание тумана данным методом носит статистически значимый результат.There is a method of dispersing mists and clouds, which consists in generating electric charges into the atmosphere by connecting corona wires to the high voltage source, fixed through insulators on supports at the surface of the earth (see L. G. Kachurin "Physical fundamentals of impact on atmospheric formations", Hydrometeorological publication, Leningrad, 1978, pp. 287-293; VB Lapshin, A. A. Paley “Results of field experiments to assess the effect of corona discharge on fog density. Meteorology and Hydrology. 2006, No. 1, pp. 41-47 ) Testing of this method showed that fog dispersion by this method has a statistically significant result.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому техническому решению является устройство для рассеивания тумана по патенту 2534568 RU. Известное устройство для рассеивания тумана содержит установленный с зазором относительно заземленной поверхности соединенный с источником электропитания электрод, выполненный в виде оболочки с гладкой поверхностью, радиус кривизны которой не менее нуля.The closest technical solution to the proposed technical solution is a device for dispersing fog according to patent 2534568 RU. The known device for dispersing fog contains an electrode mounted with a gap relative to the grounded surface and connected to a power source, made in the form of a shell with a smooth surface, the radius of curvature of which is not less than zero.

В известном техническом решении электрически заряженный электрод формирует в окружающем его пространстве неоднородное электрическое поле. Энергия формируемого электрического поля обеспечивает в окружающем пространстве поляризацию капель тумана, и вследствие его неоднородности осуществляет движение поляризованных капель в сторону увеличения градиента электрического поля, к электрически заряженному электроду. Достигнув электрически заряженного электрода, капли тумана получают электрический заряд и электрическим полем по силовым линиям оттесняются к заземленной поверхности. См., например, W.D. Ristenpart, J.С.Bird, A. Belmonte, F. Dollar, H.A. Stone. Non-coalescence of oppositely charged drops. NATURE, Vol. 461, 17 September 2009. Свободный от капель тумана воздух движется в сторону защищаемого объекта и вытесняет туман с контролируемой территории. Вместе с тем, в известном способе около заземленной поверхности образуется пристеночный, пограничный слой воздуха, который препятствует свободному прохождению капель жидкости к заземленной поверхности и снижает эффективность осаждения на ее поверхности капель тумана. Часть капель, задержавшаяся в пограничном слое воздушного потока, выносится из устройства, что снижает эффективность рассеивания тумана.In a known technical solution, an electrically charged electrode forms an inhomogeneous electric field in the surrounding space. The energy of the generated electric field provides polarization of the droplets of fog in the surrounding space, and due to its heterogeneity, it moves the polarized droplets in the direction of increasing the gradient of the electric field to the electrically charged electrode. Having reached an electrically charged electrode, the droplets of fog receive an electric charge and are displaced to the grounded surface by electric lines. See, for example, W.D. Ristenpart, J.C. Bird, A. Belmonte, F. Dollar, H.A. Stone Non-coalescence of oppositely charged drops. NATURE, Vol. 461, September 17, 2009. Free from drops of fog, air moves toward the protected object and displaces fog from the controlled area. At the same time, in the known method, a near-wall, boundary layer of air is formed near the grounded surface, which prevents the free passage of liquid droplets to the grounded surface and reduces the efficiency of the deposition of fog drops on its surface. Part of the droplets, which were retained in the boundary layer of the air flow, is removed from the device, which reduces the efficiency of fog dispersion.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности рассеивания тумана.The aim of the invention is to increase the efficiency of dispersion of the fog.

Для достижения заявленной цели в известном устройстве для рассеивания тумана, содержащем соединенные с источником электрического питания цилиндрические электроды, в промежутках между которыми с зазором относительно их поверхности установлены заземленные элементы, заземленные элементы покрыты пористым с открытыми порами материалом;To achieve the stated goal, in the known device for dispersing fog containing cylindrical electrodes connected to an electric power source, grounded elements are installed in the gaps between them with a gap relative to their surface, grounded elements are covered with porous material with open pores;

заземленные элементы выполнены в виде свободной для прохождения воздушного потока конструкции, а установка прилегающих друг к другу электродов исключает перекрытие между собой их нормальных проекций на заземленные элементы.the grounded elements are made in the form of a structure free for airflow, and the installation of adjacent electrodes eliminates the overlap of their normal projections on the grounded elements.

Технический результат достигается за счет того, что в предлагаемом техническом решении движение тумана с каплями к заземленной поверхности осуществляется через пористый с открытыми порами материал. Капли осаждаются на стенках пор и отделяются от воздушного потока. Выполнение заземленных элементов в предлагаемом решении позволяет воздушному потоку беспрепятственно проходить через заземленную поверхность из одного промежутка в другой, оставляя капли в порах пористого материала. Исключается возможность образования пограничного слоя, увеличивается поверхность для контакта капель жидкости с сепарирующей поверхностью, что и повышает эффективность их сепарации от воздушного потока. Свободный от капель жидкости воздушный поток смешивается с естественным воздушным потоком, движущимся в соседнем промежутке, и направляется на контролируемую территорию.The technical result is achieved due to the fact that in the proposed technical solution, the movement of fog with drops to a grounded surface is carried out through a porous material with open pores. Drops are deposited on the walls of the pores and are separated from the air stream. The implementation of the grounded elements in the proposed solution allows the air flow to freely pass through the grounded surface from one gap to another, leaving droplets in the pores of the porous material. The possibility of the formation of a boundary layer is excluded, the surface for the contact of liquid droplets with the separating surface increases, which increases the efficiency of their separation from the air flow. Free from liquid droplets, the air flow is mixed with the natural air flow moving in the adjacent gap and sent to a controlled area.

На рис. 1а, 1б представлена принципиальная схема устройства для рассеивания тумана. Устройство включает в себя установленную на столбах 1 через изоляторы 2 опору 3. На опоре 3 с промежутком h между собой смонтированы электроды 4, соединенные с высоковольтным источником питания 5. На столбах 1 смонтирован прозрачный для прохождения воздушного потока W каркас 6, на котором также с шагом h в промежутках между электродами 4 с зазором δ относительно электродов 4, установлены заземленные элементы 7. Заземленные элементы 7 выполнены в виде тонкостенной, прозрачной для прохождения воздушного потока конструкции, например в виде обычной электропроводной сетки, например, из просечно-вытяжной сетки, либо в виде другой конструкции, в которой выполнены сквозные отверстия для свободного прохождения воздуха. Заземленные элементы 7 покрыты слоем пористого с открытыми порами материала 8, например пластиной из вспененного пористого полиуретана (см. http://mbberfoam.m/produktsiva/poristve-materialy-poristava-rezina/listv-iz-vspenennogo-pu.html). Близлежащие электроды сдвинуты друг относительно друга в плоскости нормальной к плоскости, формируемой близлежащими столбами 1, на величину b. Таким образом, исключается перекрытие между собой нормальных проекций близлежащих электродов на заземленные элементы с гарантированным зазором Δ. На рис. 1а, 1б представлено два ряда, сдвинутых друг относительно друга на расстояние b электродов 4. В конкретной конструкции, в зависимости от значения электрического потенциала подаваемого на электроды 4, значений зазора между электродами 4 относительно заземленных элементов 5 δ и пр. конструктивных особенностей конструкции устройства, количество рядов электродов 4 может быть различным. Главное, должен быть обеспечен сдвиг рядов электродов 4 друг относительно друга, чтобы исключалось перекрытие между собой нормальных проекций близлежащих электродов 4 на заземленные элементы 7.In fig. 1a, 1b shows a schematic diagram of a device for dispersing fog. The device includes a support 3 mounted on poles 1 through insulators 2. On the support 3, electrodes 4 are connected to each other with a gap h connected to a high-voltage power supply 5. A frame 6, transparent for air flow W, is mounted on posts 1, on which also with step h in the gaps between the electrodes 4 with a gap δ relative to the electrodes 4, grounded elements 7 are installed. Grounded elements 7 are made in the form of a thin-walled structure transparent for air flow, for example, in the form of a conventional lektroprovodnoy grid, for example, expanded metal mesh, or as another structure in which through holes for free passage of air. The grounded elements 7 are covered with a layer of porous open-pore material 8, for example, a plate of foamed porous polyurethane (see http: //mbberfoam.m/produktsiva/poristve-materialy-poristava-rezina/listv-iz-vspenennogo-pu.html). The nearby electrodes are shifted relative to each other in the plane normal to the plane formed by the nearby posts 1 by a value of b. Thus, overlapping between normal projections of nearby electrodes on grounded elements with a guaranteed gap Δ is excluded. In fig. 1a, 1b shows two rows shifted relative to each other by a distance b of the electrodes 4. In a particular design, depending on the value of the electric potential supplied to the electrodes 4, the gap between the electrodes 4 relative to the grounded elements 5 δ and other design features of the device’s design, the number of rows of electrodes 4 may be different. Most importantly, a shift of the rows of electrodes 4 relative to each other must be ensured, so that normal projections of nearby electrodes 4 onto grounded elements 7 do not overlap.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Устройство устанавливается таким образом, чтобы плоскость, формируемая близлежащими столбами 1, максимально перекрывала надвигающийся на контролируемую территорию туман. Таким образом, обеспечивается движение тумана между электродами 4 и заземленными элементами 7, покрытыми пористым с открытыми порами материалом. При подаче от высоковольтного источника питания 5 на электроды 4 высокого напряжения, на их поверхности накопится электрический заряд. Электрический заряд в окружающем электроды пространстве между электродами 4 и заземленными элементами 7 (в потоке движущегося тумана) формирует неоднородное электрическое поле, значение которого пропорционально величине заряда. Электрическое поле индуцирует на поверхности капелек тумана электрический дипольный момент. Капли тумана вследствие индуцированного дипольного момента втягиваются неоднородным электрическим полем в сторону увеличения его градиента, т.е. к поверхности электрода 4. Таким образом, капли тумана притягиваются к электрически заряженному электроду. При соприкосновении с электрически заряженным электродом, капли тумана получают электрически заряд того же знака, что и электрод и электрическим полем выносятся по силовым линиям электрического поля к поверхности заземленных элементов. Проходя к поверхности заземленных элементов 7 через пористый материал 8, капли осаждаются на поверхности пор. Очищенный от капель тумана воздушный поток попадает в соседний промежуток между заземленным элементом и электродом, увлекается движущимся потоком воздуха W и выносится в сторону контролируемой территории. Таким образом, обеспечивается очистка надвигающегося тумана от содержащихся в нем капель жидкости. Свободный от капель тумана воздух вытесняет с контролируемой территории туман. В случае необходимости, для увеличения степени очистки тумана от капель, в устройстве могут быть установлены дополнительные ряды электродов, и процесс очистки будет повторен.The device is installed in such a way that the plane formed by nearby pillars 1 overlaps the fog approaching the controlled area. Thus, the movement of fog between the electrodes 4 and the grounded elements 7, covered with a porous open-pore material. When applied from a high-voltage power supply 5 to the electrodes 4 of high voltage, an electric charge will accumulate on their surface. An electric charge in the space surrounding the electrodes between the electrodes 4 and the grounded elements 7 (in a stream of moving fog) forms an inhomogeneous electric field, the value of which is proportional to the magnitude of the charge. An electric field induces an electric dipole moment on the surface of mist droplets. The drops of fog due to the induced dipole moment are drawn in by an inhomogeneous electric field in the direction of increasing its gradient, i.e. to the surface of the electrode 4. Thus, droplets of fog are attracted to an electrically charged electrode. In contact with an electrically charged electrode, the droplets of fog receive an electric charge of the same sign as the electrode and the electric field is carried along the electric field lines to the surface of the grounded elements. Passing to the surface of the grounded elements 7 through the porous material 8, drops are deposited on the surface of the pores. The air stream cleaned from drops of mist enters the adjacent gap between the grounded element and the electrode, is carried away by the moving air stream W and is carried out in the direction of the controlled area. This ensures that the impending fog is cleared of the droplets of liquid contained in it. Free from droplets of fog, air displaces fog from the controlled area. If necessary, to increase the degree of purification of the mist from drops, additional rows of electrodes can be installed in the device, and the cleaning process will be repeated.

В известном устройстве капли тумана подходили к заземленному элементу, в прилегающей к которому области образовывался пограничный слой, который не позволял всем каплям осесть на заземленной поверхности, и часть капель вместе с проходящим воздушным потоком выносилась из устройства. В предлагаемом устройстве капли тумана проходят через пористый материал, размер пор которого может быть установлен заблаговременно исходя из требований эффективности сбора капель. Уменьшение размера пор, с одной стороны, увеличивает степень очистки капель, с другой же стороны, увеличивается сопротивление движению воздуха и повышается вероятность образования пограничного слоя и снижения вероятности сбора капель. Выбором размеров пор пористого материала и количества рядов электродов предложенное техническое решение позволяет повысить эффективность сепарации капель жидкости и, как следствие, добиться повышения эффективности рассеивания тумана и достичь цели предлагаемого изобретения.In the known device, droplets of fog approached the grounded element, in the area adjacent to which a boundary layer formed, which did not allow all the droplets to settle on the grounded surface, and part of the droplets, together with the passing air flow, were removed from the device. In the proposed device, fog drops pass through a porous material, the pore size of which can be set in advance based on the requirements of the efficiency of the collection of drops. Reducing the pore size, on the one hand, increases the degree of purification of the droplets, on the other hand, increases the resistance to air movement and increases the likelihood of the formation of a boundary layer and a decrease in the probability of droplet collection. By choosing the pore sizes of the porous material and the number of rows of electrodes, the proposed technical solution allows to increase the efficiency of separation of liquid droplets and, as a result, to increase the efficiency of fog dispersion and achieve the purpose of the invention.

Изобретение создано при поддержке РФФИ. Проекты №№ 14-08-00835, 15-08-04724.The invention was created with the support of the Russian Federal Property Fund. Projects No. 14-08-00835, 15-08-04724.

Claims

1. A device for dispersing fog containing cylindrical electrodes connected to an electric power source, grounded elements are installed in the spaces between them with a gap relative to their surface, characterized in that the grounded elements are coated with a porous material with open pores.

2. The device according to p. 1, characterized in that the grounded elements are made in the form of a structure free of passage for air flow, and the installation of adjacent electrodes eliminates overlapping of their normal projections on the grounded elements.