RU2694200C1 - Method for destruction of tropospheric temperature inversion layer - Google Patents
Method for destruction of tropospheric temperature inversion layer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2694200C1 RU2694200C1 RU2018120622A RU2018120622A RU2694200C1 RU 2694200 C1 RU2694200 C1 RU 2694200C1 RU 2018120622 A RU2018120622 A RU 2018120622A RU 2018120622 A RU2018120622 A RU 2018120622A RU 2694200 C1 RU2694200 C1 RU 2694200C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- air
- inversion layer
- area
- inversion
- destruction
- Prior art date
Links
- 230000006378 damage Effects 0.000 title claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 35
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000005436 troposphere Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000005474 detonation Methods 0.000 claims description 3
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 claims 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims 1
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 8
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 abstract description 7
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 abstract description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 36
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 19
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 19
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 230000008569 process Effects 0.000 description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 8
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 6
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- 239000005997 Calcium carbide Substances 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 3
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 239000003595 mist Substances 0.000 description 3
- CLZWAWBPWVRRGI-UHFFFAOYSA-N tert-butyl 2-[2-[2-[2-[bis[2-[(2-methylpropan-2-yl)oxy]-2-oxoethyl]amino]-5-bromophenoxy]ethoxy]-4-methyl-n-[2-[(2-methylpropan-2-yl)oxy]-2-oxoethyl]anilino]acetate Chemical compound CC1=CC=C(N(CC(=O)OC(C)(C)C)CC(=O)OC(C)(C)C)C(OCCOC=2C(=CC=C(Br)C=2)N(CC(=O)OC(C)(C)C)CC(=O)OC(C)(C)C)=C1 CLZWAWBPWVRRGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 2
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 2
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 2
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 241000566515 Nedra Species 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 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)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates.
Изобретение относится к способам активных воздействий на атмосферные процессы, а именно, разрушения слоев инверсии температуры в тропосфере при работах по очищению от вредных выбросов атмосферы, искусственному увеличению осадков и улучшению погодных условий.The invention relates to methods of active influences on atmospheric processes, namely, the destruction of layers of temperature inversion in the troposphere during the work on cleaning the atmosphere from harmful emissions, artificially increasing precipitation and improving weather conditions.
Инверсия температуры в атмосфере- повышение температуры воздуха с высотой в некотором слое атмосферы, вместо обычного понижения. Инверсии температуры формируются в условиях устойчивой атмосферы со слоистой облачностью при опускании слоя воздуха в воздушную массу с более высоким давлением, либо при радиационном выхолаживании в ночное время. Они создают задерживающие для конвекции слои в свободной атмосфере; препятствуют развитию конвективной облачности и осадков; способствуют образованию дымки и тумана в атмосфере, а также смога, загазованности в крупных городах и промышленных зонах.Inversion of temperature in the atmosphere - increase in air temperature with altitude in a certain layer of the atmosphere, instead of the usual decrease. Inversions of temperature are formed in a stable atmosphere with a layered cloud when lowering a layer of air into an air mass with a higher pressure, or during radiation cooling at night. They create inhibiting layers for convection in the free atmosphere; impede the development of convective clouds and precipitation; contribute to the formation of haze and fog in the atmosphere, as well as smog, gas pollution in large cities and industrial zones.
Уровень техникиThe level of technology
Известен способ проветривания карьеров конвективными потоками воздуха, создаваемых тепловыми источниками [Проветривание карьеров. М. «Недра». 1975 г. 205 с.]. Известный способ не обеспечивает эффективное проветривание карьеров в условиях атмосферной инверсии, так как при подъеме вентиляционной струи до границы инверсионного слоя, происходят значительные потери тепловой энергии и не во всех случаях происходит пробой инверсионного слоя.There is a method of airing quarries by convective air flows generated by heat sources [Ventilation of quarries. M. "Nedra". 1975 p. 205]. The known method does not provide effective ventilation of quarries in the conditions of atmospheric inversion, as when lifting the ventilation stream to the border of the inversion layer, there are significant losses of thermal energy and not in all cases there is a breakdown of the inversion layer.
Известен способ вентиляции карьеров конвективными струями, при котором, после первоначального разрушения инверсии температур, для повышения устойчивости и эффективности проветривания, увеличивают площадь сечения конвективной струи поворотом наземных камер сгорания [Патент СССР №623978], увеличением расстояния между тепловыми источниками [Патент СССР №325383] или циклическим сканированием тепловыми источниками в горизонтальной плоскости. Эти методы позволяют проводить воздействие только на невысоко расположенный слой температурной инверсии, конструкция отличается громоздкостью, сложностью в коррекции струи и не исключают ее разрыва, что снижает эффективность проветривания.There is a method of ventilation of quarries with convective jets, in which, after the initial destruction of temperature inversion, to increase the stability and efficiency of ventilation, increase the cross-sectional area of the convective jet by turning ground combustion chambers [Patent of the USSR №623978], increasing the distance between the heat sources [Patent of the USSR №325383] or cyclic scanning of heat sources in the horizontal plane. These methods make it possible to effect only a low-lying layer of temperature inversion, the design is cumbersome, difficult to correct the jet and does not exclude its rupture, which reduces the ventilation efficiency.
Известен способ рассеяния теплых туманов и низких слоистых облаков тепловым методом [Калов Х.М. Метод рассеяния теплых туманов и низких слоистых облаков. Труды ВГИ 2001 г., вып. 91, с. 62-69], по которому нагревают воздух со взвешенными гидрометеорами на 1,5°С при начальной температуре 0°С (водность тумана 0,2 г⋅м-3), что снижает относительную влажность со 100 до 94-95%. Это приводит к тому, что капли воды испаряются, и в тумане на некоторое время образуется просвет. В наземных экспериментах тепловые источники рассредотачиваются на горизонтальной земной поверхности в шахматном порядке, обеспечивая квазиравномерное распределение тепла на единицу площади. После запуска действия источников, воздух прогревается над рабочей площадкой по вертикали за счет подъема нагретого облачного воздуха со скоростью 2,5 К⋅с-1.The known method of dispersion of warm fogs and low stratus clouds by the thermal method [Kalov Kh.M. The method of dispersion of warm fogs and low stratus clouds. Proceedings of the WGI 2001, no. 91, p. 62-69], by which air is heated with suspended hydrometeors at 1.5 ° C at an initial temperature of 0 ° C (water content of the fog is 0.2 g⋅m-3), which reduces the relative humidity from 100 to 94-95%. This leads to the fact that the water droplets evaporate and a gap forms in the fog for some time. In ground experiments, heat sources are distributed on a horizontal earth surface in a checkerboard pattern, providing a quasi-uniform distribution of heat per unit area. After starting the action of the sources, the air warms up above the working platform vertically due to the rise of heated cloud air at a speed of 2.5 K⋅s-1.
Каждый тепловой источник содержит горючий состав высокой теплотворной способности и высокодисперсный порошок карбида кальция, отделенные друг от друга. При сгорании горючего состава выделяется большое количество тепла (1÷10)⋅104 ккал и в просветляемом объеме тумана разбрасывается порошок карбида кальция, который взаимодействует с атмосферной влагой. В результате экзотермической реакции, выделяется тепло. Кроме того, порошок карбида кальция, адсорбируя влагу на себя, уменьшает водность тумана, и одновременно, в результате коагуляции с облачными каплями, частицы порошка вырастают до размеров частиц осадков и выпадают из рабочего объема под действием гравитационных сил.Each heat source contains a combustible composition of high calorific value and finely dispersed calcium carbide powder separated from each other. During the combustion of the fuel composition, a large amount of heat is released (1 ÷ 10) 10 4 kcal and calcium carbide powder is scattered in the illuminated volume of mist, which interacts with atmospheric moisture. As a result of the exothermic reaction, heat is released. In addition, calcium carbide powder, by adsorbing moisture to itself, reduces the water content of the mist, and at the same time, as a result of coagulation with cloud drops, powder particles grow to the size of precipitation particles and fall out of the working volume under the action of gravitational forces.
Эти три фактора способствуют рассеянию тумана. В результате резкого понижения пересыщения δ (оно становится отрицательным) капли интенсивно испаряются. Уже через 3-5 с метеорологическая дальность видимости повышается до 2 и более километров. За это же время туман поднимается до 25-30 м, и распространяется в ширину до 30-40 м, переходя в стадию облака. Далее скорость роста облака замедляется. Превышения температуры по отношению к температуре окружающей среды в горизонтальном и вертикальном направлениях Δt составляет 2-10°С.These three factors contribute to the dispersion of fog. As a result of a sharp decrease in the supersaturation δ (it becomes negative), the droplets intensively evaporate. Already after 3-5 seconds, the meteorological visibility range rises to 2 or more kilometers. During this time, the fog rises to 25–30 m, and spreads in width to 30–40 m, passing into the cloud stage. Further, the growth rate of the cloud slows down. Excess temperature with respect to the ambient temperature in the horizontal and vertical directions Δt is 2-10 ° C.
Известный способ хорош по своей технической сущности, но требует значительных энергетических затрат для прогрева больших облачных объемов, аппаратура громоздка, сложна в оперативном управлении, лишена мобильности и не отвечает требованиям экологической безопасности для окружающей среды и населения.The known method is good in its technical essence, but requires significant energy costs for heating large cloud volumes, the equipment is cumbersome, complex in operational management, deprived of mobility and does not meet the requirements of environmental safety for the environment and the population.
Известен способ разрушения слоя инверсии температуры в атмосфере конвективными струями, создаваемыми тепловыми источниками (аэростаты с зачерненной боковой поверхностью для нагрева их солнечными лучами), которые располагают над верхней границей инверсионного слоя [Патент США №3666176, кл. 239/2R, опубликовано 1972]. Существующий способ используется в условиях слабой облачности хорошей погоды не может обеспечить разрушение мощных слоев атмосферной инверсии, лежащих ниже тепловых источников.There is a method of destruction of the temperature inversion layer in the atmosphere by convective jets created by heat sources (balloons with a blackened side surface for heating them with sunshine), which are located above the upper boundary of the inversion layer [US Patent No. 3666176, Cl. 239 / 2R, published 1972]. The existing method is used in conditions of weak clouds of good weather cannot ensure the destruction of powerful layers of atmospheric inversion lying below thermal sources.
Известен способ разрушения атмосферной инверсии температур конвективными струями, создаваемыми тепловыми источниками, по которому разрушение инверсионного слоя проводят путем перемещения аэростатов с тепловыми источниками от верхней границы инверсионного слоя к его нижней границе [Патент 901561 М. Кл. Е21F 1/00 опубликовано 30.01.1982. Бюллетень, янв. 4.]. Когда нагреваемый воздух под нижней границей инверсионного слоя становится теплее, чем над верхней его границей, он получает ускорение за счет разности плотностей нагретого и холодного воздуха и инверсионный слой пробивается.There is a method of destruction of atmospheric temperature inversion by convective jets created by heat sources, in which the destruction of the inversion layer is carried out by moving balloons with heat sources from the upper border of the inversion layer to its lower boundary [Patent 901561 M. Cl. E21F 1/00 published 01/30/1982. Bulletin, Jan. four.]. When the heated air under the lower boundary of the inversion layer becomes warmer than above its upper boundary, it gets accelerated due to the difference in density of the heated and cold air and the inversion layer breaks through.
Этот способ разрушения атмосферной инверсии температур способен разрушить только слабые инверсионные слои. С помощью аэростата невозможно создать восходящий поток значительного поперечного сечения и поддерживать необходимое тепло в большой толщине слоя. После перемещения источника тепла вниз и за счет вовлечения холодных воздушных масс из прилегающего воздушного пространства, восходящий поток постепенно будет сжиматься, теряя свою кинетическую энергию.This method of destruction of atmospheric temperature inversion can destroy only weak inversion layers. With the help of a balloon, it is impossible to create an upward flow of significant cross-section and maintain the necessary heat in a large layer thickness. After moving the heat source down and due to the involvement of cold air masses from the adjacent air space, the upward flow will gradually shrink, losing its kinetic energy.
Наиболее близким по технической сущности является способ активных воздействий на инверсионный слой (принятый нами за прототип), основанный на создании восходящего потока воздуха в атмосфере и устройство для его осуществления (гелиатор) [патент РФ №2462026, A01G 15/00. Опубликовано 27.09.2012], по которому восходящий поток воздуха подогревают на нескольких уровнях от нагреваемой солнцем зачерненной поверхности многоярусной системы привязных аэростатов. Для повышения тепловыделения за счет конденсационных процессов, на ярусах закреплены заземленные эмиттеры электронов, коронирующие в электрическом поле Земли. Высота верхнего и нижнего ярусов, их форма, размеры и расстояния между ними определяются метеоусловиями и поставленной задачей.The closest in technical essence is a method of active effects on the inversion layer (adopted by us as a prototype), based on the creation of an upward flow of air in the atmosphere and a device for its implementation (heliator) [RF patent №2462026, A01G 15/00. Published on September 27, 2012], according to which the upward air flow is heated on several levels from the sun-heated blackened surface of a multi-tiered balloon system. To increase heat generation due to condensation processes, grounded electron emitters are fixed on tiers, coronaging in the electric field of the Earth. The height of the upper and lower tiers, their shape, size and distances between them are determined by the weather conditions and the task.
В малооблачную погоду в атмосферу запускается система гирлянд привязных баллонов (аэростатов) в виде нескольких расположенных один над другим ярусов. Нагреваемые Солнцем поверхности баллонов из зачерненного материала отдают тепло окружающему воздуху, создавая восходящий свободный конвективный поток. Поднимающийся воздух достигает следующего яруса баллонов (аэростатов), на котором происходит дополнительный нагрев; процесс повторяется до достижения необходимой высоты. Зачерненные поверхности всех поднятых ярусов нагреваются солнцем в малооблачную погоду, когда требуется создание восходящих потоков в атмосфере для развития конвективных облаков и осадков. Они отдают тепло окружающему воздуху путем конвекции. Расстояние между ярусами подбирается так, чтобы воздух, не успев остыть до температуры окружения, достиг следующего яруса баллонов (аэростатов). Процесс подогрева повторяется на всех ярусах, вплоть до верхнего. Вдоль оси установки формируется восходящий поток нагретого в контролируемых условиях воздуха в виде гибкого столба необходимой высоты.In cloudy weather, a system of garlands of tethered cylinders (balloons) is launched into the atmosphere in the form of several tiers arranged one above the other. The surfaces of cylinders of blackened material heated by the Sun give off heat to the surrounding air, creating an ascending free convective flow. The rising air reaches the next tier of cylinders (balloons), on which additional heating occurs; The process is repeated until the required height is reached. The blackened surfaces of all raised tiers are heated by the sun in cloudy weather, when it is necessary to create upward flows in the atmosphere for the development of convective clouds and precipitation. They give off heat to the surrounding air by convection. The distance between the tiers is chosen so that the air, not having cooled to the ambient temperature, reaches the next tier of cylinders (balloons). The heating process is repeated on all tiers, up to the top. An upward flow of air heated in controlled conditions in the form of a flexible column of the required height is formed along the axis of the installation.
На каждом ярусе имеется система заземленных проводов-эмиттеров, коронирующих в постоянном электрическом поле Земли. Сквозь нее проходит восходящий поток, уносящий вверх отрицательный объемный заряд, эмитированный в процессе коронного разряда. Электроны за время 10-4-10-6 сек прилипают к нейтральным молекулам и аэрозолям, образуя эффективные заряженные центры конденсации, на которых начинается конденсация при небольших пересыщениях водяного пара. При конденсации выделяется скрытая теплота конденсации. Конденсация 1 г воды поднимает температуру кубометра воздуха на 2 градуса. Этот дополнительный нагрев приводит к самоподдерживающемуся усилению восходящих потоков. Нагретый на нескольких уровнях восходящий поток способен преодолеть инверсный слой и на выходе из верхнего яруса достичь высоты, на которой температура воздуха снижается до точки росы, начинается конденсация водяного пара и возникает самоподдерживающийся процесс формирования облака за счет непрерывного засасывания приземного воздуха.Each tier has a system of earthed emitter wires coronaing in a constant electric field of the Earth. An upward flow passes through it, carrying up the negative space charge emitted during the corona discharge. Electrons during 10 -4 -10 -6 sec stick to neutral molecules and aerosols, forming effective charged condensation centers, on which condensation begins at small supersaturations of water vapor. During condensation, the latent heat of condensation is released. Condensation of 1 g of water raises the temperature of a cubic meter of air by 2 degrees. This additional heating leads to a self-sustaining upflow enhancement. Heated at several levels, the upward flow is able to overcome the inverse layer and at the exit from the upper tier to reach a height at which the air temperature drops to the dew point, condensation of water vapor begins and a self-sustaining cloud formation process occurs due to continuous suction of the surface air.
Недостатком данного способа является то, что он может быть применен в ограниченном диапазоне высот и то лишь в дневное время и в условиях малооблачной погоды. Наличие в тропосфере незначительной облачности и падения потока солнечной радиации при малых углах склонения солнца, оказывает влияние на устойчивость образования восходящего потока. Протяженная по высоте конструкция для реализации данного способа, получается весьма громоздкой, неоперативной при развертывании, подверженной действию сдвигов ветра по высоте. Возникают дополнительные проблемы с системой ветрозащиты.The disadvantage of this method is that it can be applied in a limited range of heights and then only in the daytime and in conditions of cloudy weather. The presence in the troposphere of insignificant cloudiness and a drop in the solar radiation flux at low angles of inclination of the sun affects the stability of the formation of an ascending flow. The length-wise construction for the implementation of this method turns out to be quite cumbersome, inoperative when deployed, subject to wind shear height. There are additional problems with the wind protection system.
Для обеспечения возможности работы в условиях малооблачной погоды по воздействию на многоярусные инверсионные слои, эта система значительно усложняется, ввиду необходимости соблюдения требуемых расстояний между ярусами. Диапазон рабочих высот ограничен. На больших высотах все рассматриваемые проблемы возрастают. Длина проводов увеличивается, растут и рабочие напряжения. Следовательно, требования по электроизоляционным свойствам и надежности эксплуатации высоковольтных нестационарных сетей трудно реализуемы.To enable operation in conditions of cloudy weather on the effects on multi-tiered inversion layers, this system is much more complicated due to the need to respect the required distances between the tiers. The range of working heights is limited. At high altitudes, all the problems considered increase. The length of the wires increases, so do the operating voltages. Therefore, the requirements for electrical insulation properties and reliability of high-voltage non-stationary networks are difficult to implement.
Раскрытие изобретенияDISCLOSURE OF INVENTION
В отличие от прототипа, способ воздействия разрабатывается на основе математических расчетов с использованием данных дистанционных измерительных средств и корректируется в ходе проведения воздействия.Unlike the prototype, the method of influence is developed on the basis of mathematical calculations using data from remote measuring means and is adjusted during the course of the impact.
Заявляемый способ предусматривает, как и в прототипе, многоуровневую систему воздействия на инверсионные слои в тропосфере, в том числе непосредственно в инверсионный слой. Воздействие осуществляется путем внесения группы автономных тепловых источников в нужную область атмосферы пространственно в виде окружностей разных диаметров. Источниками тепла являются высокоэнергетические боеприпасы, например, плазменно-оптического действия (БПОД) [RU 2462008 С2. Взрывной плазменно-вихревой источник оптического излучения. Опубликовано 20.09.2012. Бюллетень №26]). При взрыве боеприпасов происходит инжекция в атмосферу плотной плазмы, а также интенсивных оптического и теплового излучений.The inventive method provides, as in the prototype, a multi-level system of exposure to the inversion layers in the troposphere, including directly into the inversion layer. The impact is carried out by introducing a group of autonomous heat sources into the desired area of the atmosphere spatially in the form of circles of different diameters. Sources of heat are high-energy ammunition, for example, plasma-optical action (CA) [RU 2462008 C2. Explosive plasma-vortex source of optical radiation. Published 09/20/2012. Bulletin №26]). When an ammunition explodes, dense plasma is injected into the atmosphere, as well as intense optical and thermal radiation.
Метод проведения воздействия на инверсионные слои в атмосфере схематически поясняется рисунком (фиг. 1).The method of effecting the inversion layers in the atmosphere is schematically illustrated by a drawing (Fig. 1).
Изделия БПОД 30 мм калибра, содержащие 0,02…0,04 кг взрывчатых веществ, имеют следующие технические характеристики:The DLT products of 30 mm caliber, containing 0.02 ... 0.04 kg of explosives, have the following technical characteristics:
- спектральный диапазон излучения - 0,2…14,0 мкм;- spectral radiation range - 0.2 ... 14.0 microns;
- суммарная мощность излучения ~2,5…5,0 МВт;- total radiation power ~ 2.5 ... 5.0 MW;
- длительность импульса излучения:- radiation pulse duration:
- в быстрой стадии вихря - 20…50 мкс;- in the fast vortex stage - 20 ... 50 µs;
- в медленной стадии (стадии крупномасштабного вихря) - 20…100 мс;- in the slow stage (large-scale vortex stage) - 20 ... 100 ms;
- концентрация электронов:- electron concentration:
- в быстрой стадии - 1017…1018 см-3;- in the fast stage - 10 17 ... 10 18 cm -3 ;
- в медленной стадии - 1012…1014 см-3;- in the slow stage - 10 12 ... 10 14 cm -3 ;
- средний диаметр тела свечения (плазменного образования):- the average diameter of the body glow (plasma formation):
- в быстрой стадии - 8…16 см;- in the fast stage - 8 ... 16 cm;
- в медленной стадии - 100…200 см;- in the slow stage - 100 ... 200 cm;
- радиус действия взрывной волны ~5…10 м;- blast wave radius of ~ 5 ... 10 m;
- температура плазмы - 15000 - 20000 К;- plasma temperature - 15000 - 20000 K;
- масса снаряда не более - 0,4 кг.- Projectile mass not more than - 0.4 kg.
Воздействие осуществляется с помощью артиллерийской установки со скоростью стрельбы 400÷10000 выстрелов в минуту на удаление до 5 км.The impact is carried out with the help of an artillery installation with a firing speed of 400 ÷ 10,000 rounds per minute at a distance of up to 5 km.
Например, для доставки необходимых для воздействия 28 изделий 30-мм БПОД на любой ярус по высоте (диапазон характеристик указан выше), распределение их в пространстве по окружности диаметром порядка 200 м с интервалом по расстоянию ~20 м, необходимо время ~4…4,5 секунд.For example, for the delivery of the required for impact 28 products of 30-mm BPOD to any tier in height (the range of characteristics is indicated above), their distribution in space around a circle with a diameter of about 200 m with an interval of ~ 20 m, a time of ~ 4 ... 4 is needed, 5 second.
Скорострельная система доставляет БПОД в нужные для воздействия точки пространства. Они распределяются по заданному объему в соответствии с требуемой схемой воздействия на выбранный ярус инверсионного слоя и под ним. Подрыв изделий БПОД сопровождается инжекцией продуктов взрыва в плазменном состоянии, тепла, взрывной волны и светового излучения. Столкновения инжектируемых электронов с атомами и молекулами воздуха приводят к их ионизации и диссоциации. Взаимодействие водяного пара с заряженными частицами (электронами и ионами) сопровождается процессами гидратации (присоединения молекул воды к ионам с последующей коагуляцией) и конденсации с выделением теплоты конденсации.The rapid-fire system delivers the BOD to the required points of impact. They are distributed over a given volume in accordance with the desired scheme of action on the selected tier of the inversion layer and under it. The detonation of the products of the BODE is accompanied by the injection of the explosion products in the plasma state, heat, blast wave and light radiation. Collisions of injected electrons with atoms and air molecules lead to their ionization and dissociation. The interaction of water vapor with charged particles (electrons and ions) is accompanied by hydration processes (addition of water molecules to ions with subsequent coagulation) and condensation with evolution of heat of condensation.
Для успешного проведения воздействия по разрушению инверсионных слоев, способствующих формированию тумана, запыленности, дымки, смога, слоистых облаков и др., необходимо в самом инверсионном слое создать указанным методом конвективное движение воздуха со скоростью 2-10 м/с, диаметром до 200 м, которое пробьет задерживающий слой и сформирует облако по законам свободной конвекции.For successful impact on the destruction of inversion layers, contributing to the formation of mist, dust, haze, smog, stratus clouds, etc., it is necessary to create in the most inversion layer using this method to create convective air movement at a speed of 2-10 m / s, with a diameter of 200 m, which breaks through the retention layer and forms a cloud according to the laws of free convection.
На процесс искусственного формирования восходящей струи с управляемой высотой и скоростью движения воздуха влияют:The process of artificial formation of an ascending jet with controlled height and speed of air movement is affected by:
а) турбулентность атмосферы в области инверсионного слоя, порожденная взрывными волнами от каждой локальной точки разрыва БПОД;a) atmospheric turbulence in the region of the inversion layer, generated by blast waves from each local point of discontinuity of the AOD;
б) действие суммарной теплоты разрывов изделий БПОД и теплоты конденсации водяного пара на ионах сформированной плазмы в объеме воздействия и наведенной ионизации среды, окружающей область разрыва изделия;b) the effect of the total heat of discontinuity of the AODC products and the heat of condensation of water vapor on the ions of the formed plasma in the impact volume and induced ionization of the medium surrounding the region of the product break;
в) действие теплоты конденсации водяного пара из вовлекаемых в восходящий поток нижележащих объемов влажного воздуха.c) the effect of the heat of condensation of water vapor from the underlying volumes of humid air involved in the ascending stream.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
На фиг. 1 схематически отображен один из вариантов проведения воздействия на инверсионный слой в атмосфере. Боеприпасы плазменно-оптического действия вносятся в объем воздействия с помощью скорострельной артиллерийской установки. Этот вариант предусматривает двухярусное воздействие. На первом ярусе БПОД (отображенные на рисунке в виде сфер) распределяются по плоскости непосредственно в инверсионном слое по окружности диаметром порядка 100 м с интервалом по расстоянию ~20 м. На последующем ярусе воздействия, расположенном ниже первого, тепловые источники (БПОД) распределяются по окружности большего диаметра (с учетом ширины формирующегося восходящего потока, отображенного на рисунке линиями тока со стрелками) с тем же интервалом ~ 20 м. Ярусов воздействия может быть несколько.FIG. 1 schematically depicts one of the options for conducting effects on the inversion layer in the atmosphere. Plasma-optical ammunition is introduced into the impact volume using a rapid-fire artillery installation. This option provides a two-tiered exposure. In the first tier of the BODE (shown in the figure as spheres) are distributed in a plane directly in the inversion layer in a circle with a diameter of about 100 m with an interval of ~ 20 m. In the subsequent tier of impact, located below the first, heat sources (BODD) are distributed around the circumference larger diameter (taking into account the width of the emerging upward flow, shown in the figure by current lines with arrows) with the same interval of ~ 20 m. There may be several layers of influence.
Воздействие на инверсионный слой, с целью формирования в нем управляемой струи восходящего потока, производится в соответствии с полученными данными дистанционного зондирования среды и математического расчета оптимальной конфигурации схемы размещения боезарядов в рабочем объеме и необходимого количества изделий БПОД.The impact on the inversion layer, in order to form in it a controlled jet of upward flow, is made in accordance with the obtained data of remote sensing of the environment and mathematical calculation of the optimal configuration of the placement of warheads in the working volume and the required number of BPOD products.
Заполнение объема воздействия необходимым количеством «точечных» (диаметр распространения взрывной волны ~20 м) источников тепла и турбулентности (разрывы боеприпасов) производится с помощью артиллерийской установки со скоростью стрельбы 400…10000 выстрелов в минуту. Конфигурация схемы размещения в объеме воздействия формируется программным исполнительным механизмом стрельбы путем поворота ствола на определенные углы и контроля задержек срабатывания разрывов боеприпасов с учетом трасс полета каждого изделия.The impact volume is filled with the necessary number of “point” (propagation diameter of the blast wave ~ 20 m) of heat sources and turbulence (ammunition breaks) using an artillery mount with a firing speed of 400 ... 10,000 rounds per minute. The configuration of the placement pattern in the impact volume is formed by a software actuating mechanism for firing by turning the barrel at specific angles and controlling the delays in triggering the explosive ammunition taking into account the flight paths of each item.
БПОД вносятся практически единовременно в необходимом количестве с определенным шагом на рассчитанную площадь инверсионного, а затем и подынверсионного слоя. Выделяемая от взрыва группы БПОД энергия передается окружающему воздуху, создавая восходящий конвективный поток (обозначен на фиг. 1 стрелками). В процессе нагревания окружающего воздуха важна лучистая энергия от мощной световой вспышки (Т=20000 K), а также процессы гидратации и конденсации водяного пара на ионах и ионизированных аэрозолях с выделением теплоты конденсации. Созданный за счет нагрева конвективный поток устремляется вверх, создавая разреженное пространство. Это способствует вовлечению в восходящее движение влажных воздушных масс из нижележащего пространства (на фиг. 1 отображено линиями тока). Перемещаясь постепенно вниз с определенным интервалом времени, выбранным из условий, чтобы первоначально прогретый воздух, двигаясь вверх, не успел остыть до температуры окружающей среды, процесс воздействия повторяется на более низких ярусах. Расстояние между ярусами, количество изделий, площадь обработки, интервалы времени между воздействиями зависят от типа атмосферного процесса, его мощности и других особенностей, выявляемых при дистанционных измерениях, учитываются математическим расчетом и корректируются по ходу работы.The BPCS are applied almost once in the required amount with a certain step to the calculated area of the inversion and then the sub-conversion layer. The energy released from the explosion of the DU group is transferred to the surrounding air, creating an upward convective flow (indicated by arrows in Fig. 1). In the process of heating the ambient air is important radiant energy from a powerful light flash (T = 20000 K), as well as the processes of hydration and condensation of water vapor on ions and ionized aerosols with the release of heat of condensation. The convective flow created by heating rushes up, creating a rarefied space. This contributes to the involvement in the upward movement of moist air masses from the underlying space (in Fig. 1 is shown by the current lines). Moving gradually downward with a certain time interval chosen from the conditions so that the initially heated air, moving up, does not have time to cool to ambient temperature, the process of exposure repeats on lower tiers. The distance between the tiers, the number of products, the processing area, the time intervals between impacts depend on the type of atmospheric process, its power and other features detected during remote measurements, are taken into account by mathematical calculation and are corrected in the course of work.
Например, для создания конфигурации объема воздействия в виде тора диаметром ~200 м на выбранном ярусе высоты необходимо по окружности с интервалом ~20 м (диаметр взрывной волны одиночного боеприпаса) расположить ~28 шт. 30 мм изделий БПОД. При их подрыве в объеме воздуха в виде тора ~1,8⋅105 м3 выделяется суммарная тепловая энергия ~5…6 МДж. Теплый воздух устремится вверх, вовлекая в вертикальное движение влажные воздушные массы из-под основания и с боков объемов воздействия. В объеме происходит конденсация водяного пара с выделением теплоты. При этом значительную роль в процессе конденсации играет мощное коротковолновое УФ изучение и поток ионизированной плазмы (концентрация электронов и ионов в разные моменты времени от 1018 до 1014 см-3), исходящие от центров подрыва.For example, to create a configuration of the impact volume in the form of a torus with a diameter of ~ 200 m on the selected height tier, it is necessary to arrange ~ 28 pcs around the circle with an interval of ~ 20 m (diameter of the blast wave of a single ammunition). 30 mm products BOD. When they are blown up in the volume of air in the form of a torus ~ 1.8 · 10 5 m 3 , the total thermal energy ~ 5 ... 6 MJ is released. Warm air rushes upwards, involving in a vertical movement moist air masses from under the base and from the sides of the impact volumes. In the volume of condensation of water vapor occurs with the release of heat. In this case, a significant role in the process of condensation is played by a powerful short-wave UV study and the flux of ionized plasma (the concentration of electrons and ions at different points in time from 10 18 to 10 14 cm -3 ), coming from the centers of detonation.
Именно на ионах и ионизированных частицах происходит быстрая конденсация пара. При конденсации 5 г пара 1 м3 воздуха нагревается на 10°С. Это очень сильный нагрев, и он растянут восходящим потоком на сотни метров по высоте. За это время в центральной части облака восходящие потоки уносят сохранившийся водяной пар на высоту, где температура окружающего воздуха становится все ниже и ниже. Оставшийся пар дополнительно конденсируется с выделением тепла.It is on ions and ionized particles that rapid vapor condensation occurs. During the condensation of 5 g of steam, 1 m 3 of air is heated by 10 ° C. This is a very strong heat, and it is stretched by an upward flow hundreds of meters in height. During this time, in the central part of the cloud, the ascending streams carry the preserved water vapor to a height, where the temperature of the surrounding air becomes lower and lower. The remaining steam is further condensed with heat.
При динамическом равновесии конденсации-испарения на высоте нулевой изотермы в конденсат может переходить до 5 г/м3, или 1,5⋅103 кг/с в объеме восходящего потока (πR2⋅v). Если принять минимальную оценку в 1,5⋅103 кг/с, то мощность тепловыделения в объеме воздействия за счет конденсации водяного пара составит 3,75 ГВт.With dynamic equilibrium condensation-evaporation at the height of the zero isotherm, condensate can pass up to 5 g / m 3 , or 1.5⋅10 3 kg / s in the upflow volume (πR2⋅v). If we take the minimum estimate of 1.5⋅10 3 kg / s, then the heat generation capacity in the impact volume due to condensation of water vapor will be 3.75 GW.
Выделившаяся большая мощность дополнительно ускоряет искусственно созданный восходящий поток, увеличивая в несколько раз его эффективный радиус и производительность, улучшая его устойчивость к боковому ветру и способствуя преодолению инверсионного слоя. Поднимающийся с ускорением поток приземного воздуха начинает закручивать восходящий поток против часовой стрелки под действием силы Кориолиса. Вращение повышает устойчивость к боковому ветру.The released high power additionally accelerates the artificially created upward flow, increasing several times its effective radius and productivity, improving its resistance to crosswind and helping to overcome the inversion layer. The surface air flow, which rises with acceleration, begins to spin upward counterclockwise under the action of Coriolis force. Rotation increases resistance to side wind.
Диаметр восходящего потока составляет около 200 м, площадь сечения ~3⋅104 м2. Средняя скорость потока растет по мере дополнительного подогрева на все более высоких ярусах и на выходе из последнего яруса воздействия на уровне конденсации составляет не менее 10 м/с, т.е. в секунду выходит ~3⋅105 м3 воздуха с абсолютной влажностью 10 г/м3. Если принять, что из них конденсируется 5 г/м3 (средняя водность летних облаков), то в секунду получается 1,5⋅103 кг конденсата. (Численный анализ осуществлен на основе выкладок публикации [Павлюченко В.П. «Регулируемые восходящие потоки в атмосфере и стимулирование осадков». Проект. ФИАН им. П.Н. Лебедева. 2012 г., 14 стр.]).The diameter of the ascending stream is about 200 m, the cross-sectional area is ~ 3⋅10 4 m 2 . The average flow velocity increases with additional heating at higher and higher tiers, and at the exit from the last tier, the impact at the level of condensation is at least 10 m / s, i.e. ~ 3⋅10 5 m 3 of air with an absolute humidity of 10 g / m 3 is released per second. If we accept that 5 g / m 3 of them are condensed (the average water content of summer clouds), then 1.5 × 10 3 kg of condensate is obtained per second. (The numerical analysis was carried out on the basis of the publication [Pavlyuchenko, VP, “Regulated Upflows in the Atmosphere and Stimulation of Precipitation”. Project. LPI named after PN Lebedev. 2012, 14 p.]).
Описанный способ разрушения слоя инверсии температуры в тропосфере выгодно отличается от прототипа за счет работоспособности и в случае отсутствия солнечной погоды, большей производительности и оперативности применения. А если учесть возможность размещения ракетно-артиллерийских технических средств на наземных, надводных и воздушных носителях, то они выглядят значительно привлекательнее по своей мобильности и т.д.The described method of destruction of the layer of temperature inversion in the troposphere favorably differs from the prototype due to the efficiency and in the absence of sunny weather, greater productivity and efficiency of application. And if we consider the possibility of placing rocket-artillery technical means on land, surface and air carriers, then they look much more attractive in terms of their mobility, etc.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018120622A RU2694200C1 (en) | 2018-06-04 | 2018-06-04 | Method for destruction of tropospheric temperature inversion layer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018120622A RU2694200C1 (en) | 2018-06-04 | 2018-06-04 | Method for destruction of tropospheric temperature inversion layer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2694200C1 true RU2694200C1 (en) | 2019-07-09 |
Family
ID=67252394
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018120622A RU2694200C1 (en) | 2018-06-04 | 2018-06-04 | Method for destruction of tropospheric temperature inversion layer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2694200C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3954201A1 (en) * | 2020-08-11 | 2022-02-16 | Akademia Gorniczo-Hutnicza im. Stanislawa Staszica w Krakowie | Method of reducing dust accumulation in the smog layer, which is the inversion layer |
| WO2022083840A1 (en) * | 2020-10-21 | 2022-04-28 | Иван Владимирович ЯКОВЛЕВ | Device for exerting an active effect on hydrometeorological processes |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997038570A1 (en) * | 1996-04-15 | 1997-10-23 | Redford Daniel S | An atmospheric inversion layer de-stabilizer apparatus |
| RU2235454C1 (en) * | 2003-04-17 | 2004-09-10 | Томский политехнический университет | Method and apparatus for producing of acoustic effect upon atmospheric formations |
| FR2923983A1 (en) * | 2007-11-26 | 2009-05-29 | Hamri Bernard Bel | Low temperature vertical air current creating device, has explosive charge provided with detonator permitting remote triggering of explosion of charge by radio electric signal, where charge is carried by aerostat balloon at high altitude |
| 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) |
| US20140345696A1 (en) * | 2011-11-09 | 2014-11-27 | Jayden Harman | Atmospheric circulation system and method |
-
2018
- 2018-06-04 RU RU2018120622A patent/RU2694200C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997038570A1 (en) * | 1996-04-15 | 1997-10-23 | Redford Daniel S | An atmospheric inversion layer de-stabilizer apparatus |
| RU2235454C1 (en) * | 2003-04-17 | 2004-09-10 | Томский политехнический университет | Method and apparatus for producing of acoustic effect upon atmospheric formations |
| FR2923983A1 (en) * | 2007-11-26 | 2009-05-29 | Hamri Bernard Bel | Low temperature vertical air current creating device, has explosive charge provided with detonator permitting remote triggering of explosion of charge by radio electric signal, where charge is carried by aerostat balloon at high altitude |
| 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) |
| US20140345696A1 (en) * | 2011-11-09 | 2014-11-27 | Jayden Harman | Atmospheric circulation system and method |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3954201A1 (en) * | 2020-08-11 | 2022-02-16 | Akademia Gorniczo-Hutnicza im. Stanislawa Staszica w Krakowie | Method of reducing dust accumulation in the smog layer, which is the inversion layer |
| WO2022083840A1 (en) * | 2020-10-21 | 2022-04-28 | Иван Владимирович ЯКОВЛЕВ | Device for exerting an active effect on hydrometeorological processes |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20110174892A1 (en) | Apparatus and related methods for weather modification by electrical processes in the atmosphere | |
| RU2694200C1 (en) | Method for destruction of tropospheric temperature inversion layer | |
| US8833701B2 (en) | Moisture dispersion | |
| WO2018182475A1 (en) | A compressed air artificial wind system and method thereof; firefighting equipment | |
| US2903188A (en) | Control of tropical cyclone formation | |
| RU2105463C1 (en) | Method and system for acting upon atmospheric circulation process | |
| RU2525333C1 (en) | Device to disperse fog | |
| RU2462026C1 (en) | Method of creating of ascending air in atmosphere and device for its implementation (heliator) | |
| WO2024165993A1 (en) | A method for reducing climate-related risks associated with weather anomalies and a system for its implementation | |
| RU2738479C1 (en) | Method and device for creation of artificial clouds and sediments | |
| RU2821371C1 (en) | Method for artificial regulation of precipitation on monitored mountain or adjacent to mountain territory | |
| RU2321870C2 (en) | Mode of weakening of cyclonic circulation and arrangement for its execution | |
| EP1652423A1 (en) | Method for breaking anticyclonic circulation and device for carrying out said method | |
| RU2490869C2 (en) | Method of directional change in circulation of air masses and weather conditions related to it | |
| RU2595015C1 (en) | Method of influence on atmosphere | |
| RU2348753C2 (en) | Method of active effect on warm and freezing fogs and associated device | |
| RU2112357C1 (en) | Method for acting upon atmospheric formations | |
| RU2161881C2 (en) | Weather correction apparatus | |
| Chin et al. | An attempt to explain rain gush formation: The ionic wind approach | |
| RU2555410C1 (en) | Cloud electricity discharger | |
| US20110005422A1 (en) | Method and Apparatus for Cooling a Planet | |
| RU2734550C1 (en) | Method for mist dispersion and device for its implementation | |
| RU2560236C1 (en) | Fog dispersal device | |
| RU2252529C1 (en) | Mode of influencing on atmospheric processes, defining weather | |
| Radkevich et al. | Meteotron for the city, powered by solar energy |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200605 |