RU2670059C1 - Method and device for creating vortex upflow of air in free air conditions - Google Patents
Method and device for creating vortex upflow of air in free air conditions Download PDFInfo
- Publication number
- RU2670059C1 RU2670059C1 RU2017145140A RU2017145140A RU2670059C1 RU 2670059 C1 RU2670059 C1 RU 2670059C1 RU 2017145140 A RU2017145140 A RU 2017145140A RU 2017145140 A RU2017145140 A RU 2017145140A RU 2670059 C1 RU2670059 C1 RU 2670059C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- air
- cable
- tiers
- flow
- upward
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 18
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000011104 metalized film Substances 0.000 claims description 4
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 15
- 239000010410 layer Substances 0.000 abstract description 10
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 abstract description 3
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 13
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 10
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 10
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 229920002799 BoPET Polymers 0.000 description 2
- 239000005041 Mylar™ Substances 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 230000004941 influx Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JKFYKCYQEWQPTM-UHFFFAOYSA-N 2-azaniumyl-2-(4-fluorophenyl)acetate Chemical compound OC(=O)C(N)C1=CC=C(F)C=C1 JKFYKCYQEWQPTM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000271 Kevlar® Polymers 0.000 description 1
- 229920002292 Nylon 6 Polymers 0.000 description 1
- 241000270295 Serpentes Species 0.000 description 1
- 229910021612 Silver iodide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- 235000011089 carbon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- JBKVHLHDHHXQEQ-UHFFFAOYSA-N epsilon-caprolactam Chemical compound O=C1CCCCCN1 JBKVHLHDHHXQEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000004761 kevlar Substances 0.000 description 1
- 238000009940 knitting Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229940045105 silver iodide Drugs 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000009331 sowing Methods 0.000 description 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 1
- 239000012209 synthetic fiber Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
- A01G15/00—Devices or methods for influencing weather conditions
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Atmospheric Sciences (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Настоящее изобретение относится к способу создания управляемого восходящего потока воздуха в свободной атмосфере и к устройству для реализации этого способа.The present invention relates to a method for creating a controlled upward flow of air in a free atmosphere and to a device for implementing this method.
Уровень техникиState of the art
Известны различные способы вызывания осадков из имеющихся облаков путем искусственного засевания их центрами конденсации и льдообразования (йодистое серебро, сухой лед, цементная пыль и др.). Такие способы применяются при достаточно высокой влажности в атмосфере, когда имеются облака.Various methods are known for causing precipitation from existing clouds by artificially sowing them with condensation and ice formation centers (silver iodide, dry ice, cement dust, etc.). Such methods are used at a sufficiently high humidity in the atmosphere, when there are clouds.
Существуют способы создания облаков и вызывания осадков путем нагрева воздуха над большой площадью земной поверхности с использованием либо горелок большой мощности - огневой метеотрон (Вульфсон Н.И., Левин Л.М., Метеотрон как средство воздействия на атмосферу, М., Гидрометеоиздат, 1987), либо наземного экрана с зачерненной поверхностью для поглощения излучения Солнца - солнечный метеотрон (патент Великобритании №988109, опубл. 07.04.1965; патент РФ №2071243, приоритет 11.08.1994). Нагретый воздух формирует восходящий поток до высоты, на которой он при адиабатическом расширении охлаждается и достигает точки росы или кристаллизации. При наличии на этой высоте центров конденсации водяной пар приземного воздуха испытывает фазовый переход, создавая облака, которые могут достигнуть состояния дождевых с выпадением осадков.There are methods for creating clouds and causing precipitation by heating air over a large area of the earth's surface using either high-power burners - a fire meteotron (Wulfson NI, Levin L.M., Meteotron as a means of influencing the atmosphere, M., Gidrometeoizdat, 1987 ), or a ground screen with a blackened surface for absorbing solar radiation - a solar meteotron (UK patent No. 988109, publ. 04/07/1965; RF patent No. 2071243, priority 11.08.1994). Heated air forms an upward flow to a height at which it cools during adiabatic expansion and reaches a dew point or crystallization. If there are condensation centers at this height, ground-water vapor undergoes a phase transition, creating clouds that can reach rain conditions with precipitation.
Недостатком метеотронов является то, что после наземного нагрева возникает неконтролируемый восходящий поток, который должен преодолеть нисходящие потоки воздуха в антициклоне, противостоять горизонтальному ветру, «пробить» задерживающий слой температурной инверсии, достичь уровня точки росы и принести с собой достаточное количество центров конденсации. Если хотя бы одно из условий не выполняется, образования осадков не происходит. Огневой метеотрон, кроме того, требует сжигания большого количества топлива, что нежелательно с экологической и экономической точек зрения.The disadvantage of meteotrons is that after ground heating an uncontrolled upward flow occurs, which must overcome the descending air flows in the anticyclone, withstand horizontal wind, “break through” the delayed layer of temperature inversion, reach the dew point level and bring with it a sufficient number of condensation centers. If at least one of the conditions is not fulfilled, precipitation does not occur. The fire meteotron, in addition, requires the burning of a large amount of fuel, which is undesirable from an environmental and economic point of view.
Наиболее адекватен задаче образования осадков и выбран в качестве ближайшего аналога способ подогрева воздуха и создания управляемого восходящего потока в атмосфере путем использования нагреваемой Солнцем многоуровневой (многоярусной) системы привязных аэростатов ГЕЛИАТОР (патент РФ №2462026, опубл. 27.09.2012). В нем зачерненные баллоны аэростатов в виде тороидов заполнены газом легче воздуха, они прикреплены к жестким рамам, обода которых объединены системой привязных тросов в расположенные друг над другом ярусы. Привязные тросы необходимой длины крепятся к лебедкам. Многоуровневая система позволяет на всех высотах поддерживать контролируемое превышение температуры в восходящем потоке над окружающим воздухом. К недостаткам этого способа и реализующего его устройства относится необходимость иметь большое количество дорогостоящего газа и газонепроницаемых оболочек для аэростатов, способных выдержать высотный ультрафиолет; громоздкость установки, требующая больших объемов и площадей для хранения готового устройства и приводящая к большому времени подъема и необходимости согласованной работы нескольких стартовых лебедок; падение эффективности работы при усилении бокового ветра, так как плоскости тороидов должны быть горизонтальными для противостояния сдвиговому ветру.The method of heating the air and creating a controlled upward flow in the atmosphere by using the HELIATOR multi-level (multi-tiered) system of tethered balloons GELIATOR (RF patent No. 2462026, published on September 27, 2012) is most adequate to the problem of precipitation formation and is chosen as the closest analogue. In it, blackened balloon balloons in the form of toroids are filled with gas lighter than air, they are attached to rigid frames, the rims of which are connected by a system of safety ropes into tiers located one above the other. Tether cables of the required length are attached to the winches. The multi-level system allows at all heights to maintain a controlled temperature rise in the upward flow over the surrounding air. The disadvantages of this method and the device implementing it include the need to have a large amount of expensive gas and gas-tight shells for balloons capable of withstanding high-altitude ultraviolet; the bulkiness of the installation, requiring large volumes and areas for storage of the finished device and leading to a large lifting time and the need for coordinated operation of several starting winches; a drop in work efficiency when reinforcing a crosswind, since the plane of the toroid must be horizontal to withstand shear wind.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задача, решаемая настоящим изобретением, состоит в преодолении недостатков ближайшего аналога и достижении технического результата в виде расширения арсенала технических средств, а также в упрощении конструкции и сокращении времени ее подготовки и подъема.The problem solved by the present invention is to overcome the shortcomings of the closest analogue and achieve a technical result in the form of expanding the arsenal of technical means, as well as to simplify the design and reduce the time of its preparation and recovery.
Для решения этой задачи и достижения указанного технического результата в первом объекте настоящего изобретения предложен способ создания управляемого восходящего потока воздуха в свободной атмосфере, заключающийся в том, что: нагревают восходящий поток воздуха за счет освещаемых солнцем зачерненных поверхностей, размещенных на нескольких ярусах; стимулируют в восходящем потоке воздуха искусственное вихревое движение; при этом ориентируют плоскости ярусов автоматически перпендикулярно потоку воздуха.To solve this problem and achieve the technical result, the first object of the present invention provides a method for creating a controlled upward air flow in a free atmosphere, which consists in the following: heating the upward air flow due to blackened surfaces illuminated by the sun placed on several tiers; stimulate in an upward flow of air an artificial vortex movement; in this case, the plane of the tiers is oriented automatically perpendicular to the air flow.
Особенность способа по первому объекту настоящего изобретения состоит в том, что в качестве основной подъемной силы ярусов могут использовать аэродинамическую силу восходящего потока воздуха.A feature of the method according to the first object of the present invention is that the aerodynamic force of the upward air flow can be used as the main lifting force of the tiers.
Другая особенность способа по первому объекту настоящего изобретения состоит в том, что восходящий поток воздуха могут обогащать на нескольких уровнях отрицательными ионами от заземленных электродов, коронирующих в электрическом поле Земли.Another feature of the method according to the first object of the present invention is that the upward flow of air can be enriched at several levels with negative ions from grounded electrodes corona in the electric field of the Earth.
Для решения той же задачи и достижения того же технического результата во втором объекте настоящего изобретения предложено устройство для создания управляемого восходящего потока воздуха в свободной атмосфере, содержащее: цепочку ярусов с зачерненными поверхностями, размещаемых один над другим вдоль троса практически перпендикулярно ему; подъемное средство, выполненное с возможностью поднимать цепочку ярусов за трос; крыльчатки, размещенные неподвижно на тросе и предназначенные для стимулирования вихревого движения воздуха на оси восходящего потока воздуха.To solve the same problem and achieve the same technical result, a second object of the present invention provides a device for creating a controlled upward air flow in a free atmosphere, comprising: a chain of tiers with blackened surfaces placed one above the other along the cable almost perpendicular to it; a lifting means configured to lift a chain of tiers by a cable; impellers fixed on the cable and designed to stimulate vortex air movement on the axis of the upward flow of air.
Особенность устройства по второму объекту настоящего изобретения состоит в том, что трос может быть выполнен проводящим и заземлен.A feature of the device according to the second object of the present invention is that the cable can be made conductive and grounded.
Другая особенность устройства по второму объекту настоящего изобретения состоит в том, что каждый из ярусов может содержать: верхнюю и нижнюю втулки, выполненные с возможностью перемещения вдоль троса, закрепления на нем и вращения вокруг него; обод большего диаметра, нежели верхняя и нижняя втулки, размещенный между ними; спицы, скрепляющие обод с верхней и нижней втулками; нагреватели в виде зачерненных поверхностей, размещенные на спицах, соединяющих обод с по меньшей мере верхней втулкой.Another feature of the device according to the second object of the present invention is that each of the tiers may include: upper and lower bushings, made with the possibility of moving along the cable, securing it and rotating around it; a rim of a larger diameter than the upper and lower bushings located between them; spokes holding the rim with upper and lower bushings; blackened surface heaters placed on spokes connecting the rim to at least the upper sleeve.
Еще особенность устройства по второму объекту настоящего изобретения состоит в том, что по меньшей мере некоторые из спиц могут быть выполнены проводящими и заземленными.Another feature of the device according to the second object of the present invention is that at least some of the spokes can be made conductive and grounded.
Еще особенность устройства по второму объекту настоящего изобретения состоит в том, что оно может содержать отрезки металлизированной пленки, скрепленные с проводящими спицами.Another feature of the device according to the second object of the present invention is that it may contain segments of a metallized film bonded to conductive spokes.
При этом отрезки металлизированной пленки могут быть выполнены с разрезами вдоль стороны, противоположной скреплению со спицей.In this case, the segments of the metallized film can be made with cuts along the side opposite to the bond with the spoke.
Краткое описание чертежаBrief Description of the Drawing
Приложенный чертеж иллюстрирует возможный вариант осуществления устройства по настоящему изобретению.The attached drawing illustrates a possible embodiment of the device of the present invention.
Подробное описание вариантов осуществленияDetailed Description of Embodiments
Способ по настоящему изобретению может быть реализован с помощью устройства, проиллюстрированного на чертеже.The method of the present invention can be implemented using the device illustrated in the drawing.
В настоящем изобретении, которое можно назвать ГЕЛИАТОР2 (учитывая название ближайшего аналога ГЕЛИАТОР), сохраняется принцип многоярусного подогрева воздуха, но введено закручивание восходящего потока, улучшена система монтажа и подъема установки, изменена конструкция ярусов, которые теперь крепятся только к центральному тросу, из-за чего их плоскости всегда перпендикулярны потоку воздуха.In the present invention, which can be called HELIATOR2 (given the name of the closest analogue HELIATOR), the principle of multi-tiered air heating is maintained, but the upward flow is introduced, the installation and lifting system are improved, the design of tiers, which are now attached only to the central cable, is changed due to whereby their planes are always perpendicular to the air flow.
Каркас одного яруса, как показано на приложенном чертеже, состоит из кольцевого обода 4 с проводами-спицами 3 и 5, попарно натянутыми между ободом 4 и двумя центральными втулками 2 и 6, закрепленными на центральном тросе 1 и разнесенными на некоторое расстояние друг от друга вдоль троса 1. Обод 4 имеет больший диаметр, нежели верхняя и нижняя втулки 2, 6, которые могут содержать, например, подшипники для обеспечения возможности вращаться вокруг троса 1. Таким образом, создается аналог прочного и легкого обода велосипедного колеса с удлиненной осью. Через такой ярус проходит воздушный поток (складывающийся из восходящего потока и бокового ветра), который натягивает трос 1 силой лобового сопротивления ярусов, поэтому направления троса 1 и потока совпадают. Именно двухточечное крепление яруса и разнесение верхней и нижней втулок 2, 6 заставляют плоскость обода быть всегда перпендикулярной к тросу 1. Отсутствие этого свойства у ближайшего аналога вынуждало использовать в нем баллоны в виде тороидов для аэродинамической устойчивости. В настоящем изобретении в качестве нагревающих воздух элементов (нагревателей) могут использоваться зачерненные поверхности любой формы и материала. Совпадение центрального троса 1 с осью воздушного потока позволяет закрепить на этом тросе крыльчатки (не показано) и стимулировать вихревое движения на оси потока для улучшения его устойчивости.The frame of one tier, as shown in the attached drawing, consists of an annular rim 4 with wires-
Отсутствие заполненных газом громоздких баллонов позволяет существенно упростить сборку и хранение ярусов. На ровной застеленной черным материалом площадке собирается обод 4 первого яруса из пластмассовых трубок (вместо пластмассы возможно применение металла, древесины и т.п.), которые стыкуются друг с другом и сгибаются по окружности обода 4. В центре окружности устанавливается труба с блоком (роликом) на нижнем конце, через которую проходит центральный трос 1 от лебедки. Труба, лебедка и трос рассчитываются на возможную нагрузку в несколько тонн; они должны быть хорошо заземлены (если трос 1 выполнен проводящим) и закреплены, для страховки возможно применение дублирующего троса. Металлические трос 1 и спицы 3, 5 позволяют генерировать заряженные центры конденсации; если этого не требуется, трос 1 может быть из изолирующего материала (капрон, кевлар и т.п.).The absence of bulky cylinders filled with gas can significantly simplify the assembly and storage of longlines. Rim 4 of the first tier of plastic tubes is assembled on a flat site covered with black material (metal, wood, etc. can be used instead of plastic), which are joined together and bent around the circumference of the rim 4. In the center of the circle, a pipe with a block (roller ) at the lower end through which the
На трубу надевается нижняя втулка 6 (металлическое кольцо) и протягивается нижний ряд проводов-спиц 5 между ней и ободом 4, их длина несколько превышает радиус обода 4. На спицах 5, если надо, закрепляется нагреватель из черного (зачерненного) поглощающего солнечное излучение материала, которым может быть воздухонепроницаемый пластик, тканный или нетканый (типа СПАНБОНД) материал из натуральных или синтетических волокон. Затем на трубу надевается верхняя втулка 2, и к ней из тех же точек обода 4 протягиваются провода-спицы 3 верхнего ряда длиной несколько больше радиуса обода 4, и на них закрепляется нагреватель. Следующий ярус собирается аналогично, но радиус его обода 4 больше на несколько сантиметров, чтобы в него соосно входил предыдущий ярус. Превышающие радиус обода 4 спицы 3 с нагревателями укладываются поверх предыдущего яруса, позволяя ободу последующего ложиться плотно на землю. Направления спиц всех ярусов должны совпадать, чтобы была возможность свободного прохода от обода 4 до центральной трубы. Так, последовательно ярус за ярусом, монтируется вся установка в виде плоского слоя минимальной площади и высоты из вложенных друг в друга ярусов. На первый слой возможно наложение других слоев, принципиальных ограничений на число ярусов нет.The lower sleeve 6 (metal ring) is put on the pipe and the lower row of wire-
Отдельно заполняются легким газом и хранятся воздушные шары для подъема первых ярусов в случае слабого бокового ветра. Наиболее удобны стандартные шары сферической или каплевидной формы объемом 18 м3, грузоподъемностью 10-15 кг в зависимости от типа газа и степени заполнения шара. Заполнение не должно быть полным, т.к. шары будут подниматься на большую высоту с пониженным давлением воздуха. Использование шаров вместо сплошного тора в ближайшем аналоге упрощает регулировку подъемной силы и повышает надежность системы при повреждениях оболочки. В случае усиления бокового ветра подъем первых ярусов может быть осуществлен с помощью технологии «воздушного змея». Эксперименты показывают, что при скорости ветра 5 м/сек подъемная сила одного квадратного метра змея может достигать 1 кГ и растет пропорционально квадрату скорости ветра. В качестве воздушного змея может использоваться один из ярусов.Separately, they are filled with light gas and balloons are stored to lift the first tiers in case of a weak crosswind. The most convenient are standard spherical or tear-shaped spheres with a volume of 18 m 3 and a carrying capacity of 10-15 kg, depending on the type of gas and the degree of filling of the ball. Filling should not be complete, because balls will rise to a great height with reduced air pressure. The use of balls instead of a solid torus in the closest analogue simplifies the adjustment of the lifting force and increases the reliability of the system in case of damage to the shell. In the case of increasing crosswind, the rise of the first tiers can be carried out using the technology of "kite". Experiments show that at a wind speed of 5 m / s, the lifting force of one square meter of a snake can reach 1 kg and grows in proportion to the square of the wind speed. As a kite, one of the tiers can be used.
Перед рабочим подъемом установки запускается привязной метеозонд с датчиками температуры, давления, точки росы и определителя координат GPS/ГЛОНАСС. Показания датчиков записываются на флэш-карту; после спуска данные вводятся в компьютер, который выдает профиль атмосферы (стратиграфию) в данном месте и данный момент времени.Before the working lift of the installation, a tethered weather balloon with sensors of temperature, pressure, dew point and GPS / GLONASS coordinates determinant is launched. Sensor readings are recorded on a flash card; after the descent, the data are entered into a computer, which gives an atmospheric profile (stratigraphy) at a given place and a given point in time.
Подъем установки начинается с вытягивания через трубу с притормаживающей лебедки центрального троса с помощью шаров или воздушного змея. Прочным зажимом на тросе 1 закрепляется верхняя втулка 2 собранного последним самого верхнего яруса. Трос 1 продолжает вытягиваться, натягиваются верхние спицы 3 и поднимают обод 4 яруса. Оператор придерживает нижнюю втулку 6 яруса до натяжения нижних спиц 5, затем закрепляет ее на тросе 1 вторым зажимом. Аналогично, через заданный промежуток троса, определяемый профилем атмосферы, на тросе 1 закрепляется второй и все последующие ярусы. Здесь, в отличие от ближайшего аналога, легко меняются расстояния между ярусами. В необходимых местах на тросе 1 закрепляются разрезные неподвижные крыльчатки, для которых диаметр, число и углы лопастей определяются скоростью потока воздуха. Опускание установки производится в обратном порядке.Lifting of the installation begins with pulling through the pipe from the braking winch of the central cable using balls or a kite. A durable clamp on the
Сила лобового сопротивления нагревателя воздушному потоку составляет около 1,5 кГ/м2 при скорости 5 м/сек и изменяется пропорционально квадрату скорости; оценки показывают, что при скорости восходящего потока 2-3 м/сек она превышает вес яруса и сама поднимает последующие ярусы. Воздушный поток используется также для создания нагревателей в форме надувных тороидов, если использовать материал в виде рукава с вырезанными со стороны потока воздухозаборниками. Форму тороидов можно придать полотнищу ткани, свернув его в рукав и закрепив на спицах так, чтобы между кромками оставалась щель для забора воздуха. Такие нагреватели обладают пониженным сопротивлением потоку и мало меняют площадь нагрева при разных положениях Солнца.The frontal resistance of the heater to the air flow is about 1.5 kg / m 2 at a speed of 5 m / s and varies in proportion to the square of the speed; estimates show that at an upward flow velocity of 2-3 m / s, it exceeds the weight of the tier and itself raises the subsequent tiers. The air flow is also used to create heaters in the form of inflatable toroids, if you use material in the form of a sleeve with air intakes cut from the flow side. The shape of the toroids can be given to the cloth panel by folding it into a sleeve and securing it to the knitting needles so that a gap is left between the edges for air intake. Such heaters have a reduced resistance to flow and little change the heating area at different positions of the sun.
Система работает следующим образом. Зачерненные поверхности всех ярусов нагреваются Солнцем в малооблачную погоду, когда требуются восходящие потоки для образования осадков. Эти поверхности отдают тепло воздуху, в результате в каждом ярусе образуется факел свободной конвекции, окружающий нагретые поверхности. Теплый воздух поднимается вверх с ускорением за счет силы Архимеда, постепенно охлаждаясь из-за расширения и вовлечения окружающего воздуха. Процесс подогрева повторяется на всех ярусах вплоть до верхнего. Расстояния между ярусами должны быть такими, чтобы воздух в восходящем потоке, не успев остыть до температуры окружения, достиг следующего яруса. Вдоль оси установки формируется восходящий поток нагретого в контролируемых условиях воздуха в виде гибкого ствола необходимой высоты. Преодоление нисходящих потоков и температурных инверсий в атмосфере регулируется автоматически: если скорость восходящего потока на каком-то уровне замедляется, то происходит более интенсивный его прогрев за счет более длительного контакта с нагревателем.The system operates as follows. The blackened surfaces of all tiers are heated by the sun in cloudy weather, when ascending currents are required for the formation of precipitation. These surfaces give off heat to the air; as a result, a torch of free convection is formed in each tier, surrounding heated surfaces. Warm air rises with acceleration due to the strength of Archimedes, gradually cooling due to the expansion and involvement of the surrounding air. The heating process is repeated on all tiers up to the top. The distances between the tiers must be such that the air in the upward flow, not having time to cool to ambient temperature, reaches the next tier. Along the installation axis, an upward flow of air heated under controlled conditions is formed in the form of a flexible barrel of the required height. The overcoming of downward flows and temperature inversions in the atmosphere is automatically regulated: if the speed of the upward flow at some level slows down, then its more intense heating occurs due to longer contact with the heater.
Ускоренное движение потока требует притока внешнего воздуха через его боковую поверхность для сохранения неразрывности. В свою очередь приток внешнего воздуха порождает тангенциальную (вихревую) скорость в ускоряющемся потоке (Л.Г. Качурин. Физические основы воздействия на атмосферные процессы, Ленинград, Гидрометеоиздат - 1990). Из-за случайного разброса характеристик ярусов на разных уровнях зарождающиеся скорости вращения могут быть направлены в разные стороны, затрудняя создание единого направления вихря. На центральном тросе 1 установлены крыльчатки, стимулирующие одинаковое направление вращения на всех уровнях. Они имеют небольшой диаметр, расположены на оси потока и только синхронизируют вращение, а полную энергетику ему обеспечивает ускоренное движение самого потока. Вихревой восходящий поток обладает большой устойчивостью, он без разрушения отслеживает значительные изменения скорости и направления бокового ветра на разных высотах.Accelerated movement of the flow requires the influx of external air through its lateral surface to maintain continuity. In turn, the influx of external air generates a tangential (vortex) velocity in the accelerating stream (L. G. Kachurin. Physical fundamentals of impact on atmospheric processes, Leningrad, Gidrometeoizdat - 1990). Due to the random spread of the characteristics of the tiers at different levels, the incipient rotation speeds can be directed in different directions, making it difficult to create a single direction of the vortex. Impellers are installed on the
Внутри каждого яруса может иметься система заземленных проводов-спиц, при необходимости играющих роль излучателей электронов за счет коронного разряда в постоянном электрическом поле Земли на электродах с малым радиусом кривизны и большой неоднородностью поля (патент США №1540998, опубл. 09.06.1925). Для уменьшения радиуса кривизны эмиттеров и увеличения тока на спицах может закрепляться металлизированная пленка типа майлар с разрезами (бахрома). Поскольку толщина металлического слоя майлара не превышает микрометра, то длинные стороны полосок играют роль лезвийных эмиттеров, а углы - острийных. Через спицы проходит поток воздуха, унося вверх на уровень конденсации отрицательные ионы, причем сила поля Земли, действующая на них, добавляется к силе Архимеда восходящего потока.Within each tier there may be a system of grounded wire-spokes, if necessary playing the role of electron emitters due to corona discharge in the constant electric field of the Earth on electrodes with a small radius of curvature and a large field inhomogeneity (US patent No. 1540998, published 09.06.1925). To reduce the radius of curvature of the emitters and increase the current, a metallized Mylar film with cuts (fringe) can be fixed on the spokes. Since the thickness of the metal layer of mylar does not exceed a micrometer, the long sides of the strips play the role of blade emitters, and the angles are pointed. A stream of air passes through the spokes, taking away negative ions up to the level of condensation, and the force of the Earth's field acting on them is added to the strength of Archimedes's upward flow.
Восходящий поток начинается в нижней части приземного слоя, в котором количество аэрозолей максимально, что вместе с долгоживущими отрицательными ионами создает эффективные центры конденсации. В данном случае происходит очистка (вентиляция) приземного воздуха от загрязнений, и эти загрязнения, будучи подняты вверх, играют положительную роль в процессе конденсации влаги.Upward flow begins in the lower part of the surface layer, in which the number of aerosols is maximum, which together with long-lived negative ions creates effective condensation centers. In this case, the surface air is cleaned (ventilated) from pollution, and these pollution, being raised up, play a positive role in the process of moisture condensation.
Подъем прекращается, когда вершина установки достигает уровня облакообразования. Согласно расчету диаметр восходящего потока на этой высоте составляет около 50-60 м при среднем диаметре яруса 20 м и площади нагревателей на ярусе 200 м3. Средняя скорость потока растет по мере дополнительного подогрева на все более высоких ярусах, и на уровне конденсации составляет 7-10 м/сек, т.е. из установки выходит до 20000 м2 воздуха в секунду с абсолютной влажностью 10-40 г/м3. Если принять, что из них конденсируется 5 г/м3, то в секунду получается 100 кг конденсата, или около 360 тонн воды в облаке за 1 час только за счет поднятого установкой восходящего потока.The lift stops when the top of the installation reaches the level of cloud formation. According to the calculation, the diameter of the upward flow at this height is about 50-60 m with an average diameter of the tier of 20 m and the area of the heaters in the tier of 200 m 3 . The average flow rate increases with additional heating at ever higher tiers, and at a condensation level of 7-10 m / s, i.e. up to 20,000 m 2 of air per second with an absolute humidity of 10-40 g / m 3 leaves the installation. If we assume that 5 g / m 3 condenses from them, then 100 kg of condensate is obtained per second, or about 360 tons of water in the cloud in 1 hour only due to the upward flow raised by the installation.
При конденсации 5 г пара кубометр воздуха нагревается на 10 градусов. Это очень сильный нагрев, и он растянут на сотни и тысячи метров по высоте. За это время в центральной части облака восходящий с ускорением вращающийся поток уносит сохранившийся пар на высоту, где температура окружающего воздуха становится все ниже, насыщение пара наступает при меньшей абсолютной влажности, оставшийся пар дополнительно конденсируется, подогревается и т.д. При динамическом равновесии конденсация - испарение на высоте нулевой изотермы в конденсат может переходить 5-35 г/м3, т.е. 100-700 кг/сек в объеме восходящего потока. Если принять минимальную оценку 100 кг/сек, то тепловыделение в облаке составит 60 Мкал/сек или 250 Мегаватт мощности, расходуемой на дополнительной нагрев и подъем воздуха. В безоблачный день на 1 м2 площади нагревателя, перпендикулярной излучению, от Солнца приходит 1 кВт энергии, а суммарные затраты на нагрев восходящего потока в установке составляют 5-10 МВт с учетом наземного зачерненного слоя. Поэтому начало конденсации пара в поднятом установкой приземном воздухе запускает самоподдерживающийся процесс конвекции, мощность которого существенно превосходит мощность солнечного нагрева восходящего потока в установке. Выделившаяся тепловая мощность дополнительно ускоряет начинающийся у земли вихревой восходящий поток за счет тяги (подсоса) вверх в кучевом облаке, увеличивая в несколько раз его эффективный радиус и производительность, улучшая его устойчивость к боковому ветру и помогая преодолевать задерживающие слои антициклона.When condensing 5 g of steam, a cubic meter of air is heated by 10 degrees. This is a very strong heating, and it is stretched for hundreds and thousands of meters in height. During this time, in the central part of the cloud, the upward flowing with acceleration of the rotating stream carries the remaining steam to a height where the ambient temperature is getting lower, the steam saturates at lower absolute humidity, the remaining steam condenses additionally, heats up, etc. In dynamic equilibrium, condensation - evaporation at the height of the zero isotherm into the condensate can transfer 5-35 g / m 3 , i.e. 100-700 kg / s in the volume of the upward flow. If we take the minimum estimate of 100 kg / s, then the heat in the cloud will be 60 Mcal / s or 250 Megawatts of power spent on additional heating and air lift. On a cloudless day, 1 kW of energy comes from the Sun per 1 m 2 of the heater’s area perpendicular to the radiation, and the total cost of heating the upward flow in the installation is 5-10 MW, taking into account the ground blackened layer. Therefore, the beginning of steam condensation in the surface air raised by the installation starts a self-sustaining convection process, the power of which significantly exceeds the power of solar heating of the upward flow in the installation. The released heat power additionally accelerates the upward vortex starting at the ground due to traction (suction) upward in the cumulus cloud, increasing its effective radius and productivity several times, improving its resistance to side wind and helping to overcome the delaying layers of the anticyclone.
Изобретение также может использоваться для создания каналов циркуляции воздуха через задерживающий слой антициклона, для вентиляции и выброса загрязнений с приземного слоя, рассеяния туманов, метеорологических исследований в контролируемых условиях и других аналогичных задач. Попутное применение: большие площади нагревателей с нижней не освещаемой стороны могут использоваться для размещения рекламы.The invention can also be used to create channels for air circulation through the anti-cyclone retention layer, for ventilation and the emission of contaminants from the surface layer, dispersion of mists, meteorological studies in controlled conditions and other similar tasks. Along the way: large areas of heaters on the lower, unlit side can be used for advertising.
Claims (19)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017145140A RU2670059C1 (en) | 2017-12-21 | 2017-12-21 | Method and device for creating vortex upflow of air in free air conditions |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017145140A RU2670059C1 (en) | 2017-12-21 | 2017-12-21 | Method and device for creating vortex upflow of air in free air conditions |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2670059C1 true RU2670059C1 (en) | 2018-10-17 |
Family
ID=63862431
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017145140A RU2670059C1 (en) | 2017-12-21 | 2017-12-21 | Method and device for creating vortex upflow of air in free air conditions |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2670059C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2650938A1 (en) * | 1989-08-17 | 1991-02-22 | Meunier Jean | Electrostatic method for stimulated rain, dispersion of fog, and protection against lightning |
| US5295625A (en) * | 1992-12-14 | 1994-03-22 | Redford Daniel S | Microclimate control apparatus |
| RU2450158C2 (en) * | 2010-03-24 | 2012-05-10 | Виктор Анатольевич Кущенко | Air flow power plant |
| RU2462026C1 (en) * | 2011-03-28 | 2012-09-27 | Учреждение Российской академии наук Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) | Method of creating of ascending air in atmosphere and device for its implementation (heliator) |
| RU2621264C1 (en) * | 2016-07-04 | 2017-06-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" | System of regulating microclimate of agricultural fields |
-
2017
- 2017-12-21 RU RU2017145140A patent/RU2670059C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2650938A1 (en) * | 1989-08-17 | 1991-02-22 | Meunier Jean | Electrostatic method for stimulated rain, dispersion of fog, and protection against lightning |
| US5295625A (en) * | 1992-12-14 | 1994-03-22 | Redford Daniel S | Microclimate control apparatus |
| RU2450158C2 (en) * | 2010-03-24 | 2012-05-10 | Виктор Анатольевич Кущенко | Air flow power plant |
| RU2462026C1 (en) * | 2011-03-28 | 2012-09-27 | Учреждение Российской академии наук Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) | Method of creating of ascending air in atmosphere and device for its implementation (heliator) |
| RU2621264C1 (en) * | 2016-07-04 | 2017-06-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" | System of regulating microclimate of agricultural fields |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1168630C (en) | Balloon trajectory control system | |
| US4309006A (en) | Tethered airfoil wind energy conversion system | |
| EP0045202A1 (en) | Improvements in wind powered electric generators | |
| KR102306646B1 (en) | Apparatus for extracting power from fluid flow | |
| US20120069464A1 (en) | Light shielding device and light shielding method | |
| JP6673543B2 (en) | How to stop a serious weather disaster | |
| CN103490706A (en) | Sky solar generator | |
| CN105075758A (en) | Method and system for manually influencing weather | |
| JP2016522393A5 (en) | ||
| JP2007104904A (en) | Cumulonimbus generation system | |
| CN104295453A (en) | High-altitude wind energy capturing system | |
| CN102923295A (en) | Method for mooring radar by kite high altitude | |
| RU2670059C1 (en) | Method and device for creating vortex upflow of air in free air conditions | |
| RU2462026C1 (en) | Method of creating of ascending air in atmosphere and device for its implementation (heliator) | |
| CN102003346A (en) | Comprehensive power generation device adopting atmospheric gradient temperature difference and artificial cyclone | |
| NO831859L (en) | INFLATABLE DEVICE FOR CONCENTRATION OF WIND POWER | |
| CN103051245B (en) | Stratosphere physical condition is utilized to carry out the device of solar power generation | |
| RU2348831C2 (en) | Method and device of volkov system for power generation by method of "parachute capture" | |
| JP5457398B2 (en) | tent | |
| CN102944135A (en) | Forced ventilation device with additional heat pipe in cooling tower | |
| Takahashi | Observational study on the initial formation process of the Mei-yu frontal disturbance in the eastern foot of the Tibetan Plateau in middle-late June 1992 | |
| Pavlyuchenko | Generation of Artificial Updrafts in the Atmosphere by a Multilevel Facility | |
| RU2534399C1 (en) | Flying collector for atmospheric water | |
| CN106314749A (en) | Suspended light tent combination body | |
| RU2621264C1 (en) | System of regulating microclimate of agricultural fields |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201222 |