SU1754180A1 - Способ осаждени аэрозолей - Google Patents

Abstract

Использование: охрана окружающей среды, очистка атмосферы акустической коагул цией частиц. Сущность изобретени : воздействуют на аэрозоль сканирующим импульсным узконаправленным фокусирующим на заданной дальности лазерным из- лучеием с плотностью энергии, превышающей порог оптического пробо  аэрозоли, и интервалами между импульсами At r/Vc, где г - радиус области акустической изол ции, м: V - скорость сканировани  лазерным лучом по аэрозолю, м/с 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к охране окружающей среды, в частности к способам очистки атмосферы Область применени  составл ют случаи требующие средств борьбы с опасными  довитыми и радиоактивными загр знени ми атмосферы в виде аэрозольных выбросов, возникающих при авари х и катастрофах на экологически опасных производствах и других област х. Основной задачей в этих случа х  вл етс  локализаци  и осаждение аэрозольных образований .

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ воздействи  на аэрозоли, наход щиес  в атмосфере, локального механического или электрического источника акустических колебаний (сирены), Источник размещают в любой точке пространства вблизи аэрозольного облака или тумана и тем эффективно способствуют коагул ции и осаждению частиц за врем  1 с после начала воздействи .

Эффективный радиус г действи  локального источника слабо зависит от его мощности и составл ет 10м

Однако известный способ имеет следующие недостатки.

Область воздействи  традиционных акустических источников ограничена радиусом г 10 м эффективного воздействи , в то врем  как размеры облака в случае аварийных выбросов могут достигать нескольких километров. Кроме того, такой источник не может быть мгновенно перемещён в зону выбросов, в то врем  как ее распространение может быть чрезвычайно быстрым.

Также эффективность воздействи  такого источника существенно зависит от рода частиц аэрозол .

Цель изобретени  - расширение области применени .

Это достигаетс  тем, что воздействуют на аэрозоль сканирующим импульсным узконаправленным лазерным излучением, сфокусированным на заданной дальности (на объекте воздействи ), с плотностью энергии, превышающей порог оптического пробо  аэрозоли, и интервалами между импульсами At r/V, где г - радиус области

&

.fe

А

XJ

сл

Ј

00

о

акустической коагул ции, V - скорость сканировани  лазерным лучом по аэрозолю.

Предлагаемый способ отличаетс  от известного тем, что локальное акустическое возмущение вызывают действием импульсного , узкон правленного лазерного излучени , сфокусированного на заданном рассто нии, с плотностью энертии, превышающей порог оптического пробо  При этом дл  быстрого переноса центров акустического воздействи  при обработке про- т женных областей аэрозольных образований сканируют лазерный луч.

Способ по сн етс  схемой, где показано взаимодействие основных элементе, участвующих в процессе воздействи  на аэрозоль.

Способ осаждений осуществл ют при помощи частотно-импульсного лазера с фокусирующей оптиком 1, которым обезвреживают экологически опасный обьект 2 (источник выброса), создающий аэрозольное образование 3, путем создани  лазерных искр (плазмообразование) 4.

Дл  воздействи  на аэрозольное облако 3, возникающее в результате аварийного выброса с экологически опасного объекта 2, используют частотно-импульсный лазер 1 с длительностью импульса не более 5 мкс, излучение которого фокусируют в зоне аэрозольного образовани  3 на рассто нии R более 0,5 км так, что плотность энергии по сечению луча в импульсе вблизи фокуса превышает порог плазмообразовани  20- 40 Дж/см2. В результате частицы аэрозол  в лазерном канале служат центрами оптических пробоев, плазмообразований и источниками 4 мощных акустических возмущений 4 в виде ударных волн в окружающем их пространстве.

УдарновОлновое и акустическое воздействие на прилежащие области аэрозол  вызывает смещение частиц, их электризацию слйгшнИе и ускоренное осаждение как и в чисто акустическом способе воздействи , причем независимо of рода частиц и их агрегатного состо ни . В случае большой про- т женности аэрозольного облака осуществл ют сканирование лучем лазера по пространству, зан тому аэрозолем, что позвол ет последовательно обработать все облако. При этом временные интервалы между импульсами излучени  должны составл ть At r/V, где г - радиус эффектив- ного воздействи  акустических возмущений; V - скорость сканировани  ла- эернйм  учём rio пространству аэТэоз олй.

Пример. На рассто нии Ra 1 км от аэрозольного облака размещают частотно- импульсный лазер с энергией излучени  в

o

0

5

0

5

5

0

5

импульсе W 5-10, кДж и расходимостью излучени  у   2 и фокусируют луч на краю облака При этом радиус канала излучени  в фокусе ru R у 10 см и плотность энергии превышает порог плазмообра зова- ни  аэрозол  5-20 Дж/см2. При типичной концентрации аэрозол  1-3 г/м3, как показали опыты, глубина проникновени  луча составл ет дес тки метров В канале излучени  практически мгновенно (за ) возникают 50-100 центров плазмообразований Эти центры  вл ютс  источниками ударной акустической волны, распростран ющейс  со скоростью 2000-300 м/с. При

5 различном составе аэрозол  (твердые частицы туман, пары нефти, масел и т.д.) такое импульсное акустическое воздействие вызывает ускоренную коагул цию (в 3-5 раз быстрее естественной скорости осаждени ) на эффективном рассто нии г 10 м от оси луча Поскольку врем  г коагул ции намного больше времени плазмообразовани  и в течение т повторное действие излучени  практически не вли ет на скорость коагул ции , лазерный луч перевод т на соседний участок аэрозол  на рассто ние г и подают следующий импульс излучени . Таким образом интервал между импульсами At и скорость V сканировани  луча св заны соотношением At r/V При этом соотношение удаетс  максимально быстро и с минимумом энергетических затрат обработать всю площадь аэрозольного облака, обращенную к источнику излучени . Например, при характерной угловой скорости сканировани  (а « 0,1 рад/с и г 10 м на дистанции 1000м V- 100м/с, величина At должна быть 0,1 с и требуема  частота следовани  импульсов лазера f 1/At 10 Гц. Таким

0 образом, дл  однократной обработки облака размером 100 х 100м2 необходимо 100 импульсов, что при частоте 5 Гц составл ет 40с. В случае, когда глубина проникновени  луча меньше толщины облака, по мере снижени  концентрации частица просветлени  обработанного сло  излучение переноситс  вглубь и обработку аэрозоли повтор ют на следующих сло х облака. Если плотность энергии излучени  ниже или равна порогу плазмообразовани  аэрозол , искровые центры акустического воздействи  не возникают или возникают не во всем объеме канала и рассматриваемый механизм ускорени  коагул ции не срабатывает.

Достоверность приведенных выше, величин подтверждена макетными экспериментами , приведенными на имеющихс  С02 лазерах с аналогичными параметрами.

Применение лазерно-акустического воздействи  позвол ет увеличить дальность и быстроту воздействи  на аэрозоли, кроме того, благодар  применению сканировани  лазерного луча можно эффективно обрабатывать большие объемы аэрозольных загр знений (1 км3).

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ осаждени  аэрозолей, основанный на акустической коагул ции частиц, отличающийс  тем. что, с целью

   расширени  области применени , воздействуют на аэрозоль сканирующим импульсным узконаправленным лазерным излучением, фокусируемым на аэрозоле, с

   плотностью энергии, превышающей порог оптического пробо  аэрозол , и интервалами между импульсами Д - r/V. где г - радиус области акустической коагул ции, м; V - скорость сканировани  лазерным лучом по

   аэрозолю, м/с.

   /