10.04.2016
216.015.2c27

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОГЕРЕНТНЫХ ТУРБУЛЕНТНЫХ СТРУКТУР ПРИЗЕМНОЙ АТМОСФЕРЫ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002579358
Дата охранного документа
10.04.2016
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области физики атмосферы и атмосферного электричества и может быть использовано для обнаружения когерентных турбулентных структур приземной атмосферы и определения их пространственно-временных масштабов. Сущность: проводят синхронную регистрацию сигналов аэроэлектрических турбулентных пульсаций в нескольких точках, разнесенных в линию на фиксированные расстояния, с заданным временным разрешением над земной поверхностью на фиксированной высоте. Измеряют горизонтальную скорость воздушного потока с последующим определением ее среднего значения за время измерения. Строят усредненную структурную функцию аэроэлектрических турбулентных пульсаций и кривую ее аппроксимации. Выявляют когерентные турбулентные структуры приземной атмосферы по наличию уровня постоянных значений структурной функции. Измеряют временной интервал регистрации сигналов аэроэлектрических турбулентных пульсаций, соответствующих когерентным турбулентным структурам приземной атмосферы. Определяют высоту когерентных турбулентных структур приземной атмосферы по горизонтальной координате точки пересечения уровня постоянных значений и кривой аппроксимации усредненной структурной функции. Определяют ширину когерентных турбулентных структур приземной атмосферы как произведение среднего значения горизонтальной скорости воздушного потока на временной интервал регистрации сигналов аэроэлектрических турбулентных пульсаций. Технический результат: повышение точности определения когерентных турбулентных структур атмосферного пограничного слоя. 3 ил.
Основные результаты: Способ определения когерентных турбулентных структур приземной атмосферы, включающий синхронную регистрацию сигналов аэроэлектрических турбулентных пульсаций в нескольких точках, разнесенных в линию на фиксированные расстояния, с заданным временным разрешением над земной поверхностью на фиксированной высоте, измерение горизонтальной скорости воздушного потока с последующим определением ее среднего значения за время измерения, построение усредненной структурной функции аэроэлектрических турбулентных пульсаций и кривой ее аппроксимации, выявление когерентных турбулентных структур приземной атмосферы по наличию уровня постоянных значений структурной функции, измерение временного интервала регистрации сигналов аэроэлектрических турбулентных пульсаций, соответствующих когерентным турбулентным структурам приземной атмосферы, определение высоты когерентных турбулентных структур приземной атмосферы по горизонтальной координате точки пересечения уровня постоянных значений и кривой аппроксимации усредненной структурной функции, определение ширины когерентных турбулентных структур приземной атмосферы как произведение среднего значения горизонтальной скорости воздушного потока на временной интервал регистрации сигналов аэроэлектрических турбулентных пульсаций.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области физики атмосферы и атмосферного электричества и может быть использовано для обнаружения когерентных турбулентных структур приземной атмосферы и определения их пространственно-временных масштабов при аэрофизических, геофизических, электрохимических, метеорологических, биологических и других исследованиях, а также для диагностики конвективных потоков в атмосферном пограничном слое с целью мониторинга развития грозовой и молниевой активности.

Известен способ дистанционной диагностики турбулентных течений, заключающийся в том, что в турбулентную среду вводят контрастные вещества и визуально с использованием высокоразрешающих камер следят за их переносом, далее по траекториям перемещения примесей восстанавливают параметры крупномасштабных структур турбулентных потоков (Ван Дайк. Альбом течений жидкости и газа. М.: Мир. 1986. 183 с.).

Недостатком способа является низкая точность измерения, необходимость однородного распределения контрастных примесей на масштабах турбулентного потока.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является бесконтактный способ измерения скорости, основанный на цифровой трассерной визуализации турбулентного потока. Измерение мгновенного поля скорости потока в заданном сечении основано на измерении перемещения частиц примеси, находящихся в плоскости сечения, за фиксированный интервал времени. В поток жидкости или газа добавляются частицы малого размера (трассеры). Размер, плотность и объемная концентрация частиц подбираются таким образом, чтобы эффекты, связанные с двухфазностью потока и плавучестью частиц, были минимальны. При этом измерительной областью потока считается ограниченная плоскость, «освещаемая» световым лазерным ножом (патент на полезную модель №110494, 2009).

Недостатком известного способа является низкая точность измерения параметров крупномасштабных натурных когерентных турбулентных структур, необходимость использования специальных высокочастотных импульсных лазеров и скоростных CCDPIV-камер.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности и надежности определения когерентных турбулентных структур атмосферного пограничного слоя (АПС) за счет использования в качестве трассеров естественных, природных аэроионов, образующихся в АПС под воздействием галактических космических лучей и радиоактивных эманаций земной поверхности, и синхронной регистрации аэроэлектрических пульсаций атмосферного электрического поля.

Технический результат достигается в способе определения когерентных турбулентных структур приземной атмосферы, включающем синхронную регистрацию сигналов аэроэлектрических турбулентных пульсаций в нескольких точках, разнесенных в линию на фиксированные расстояния, с заданным временным разрешением над земной поверхностью на фиксированной высоте, измерение горизонтальной скорости воздушного потока с последующим определением ее среднего значения за время измерения, построение усредненной структурной функции аэроэлектрических турбулентных пульсаций и кривой ее аппроксимации, выявление когерентных турбулентных структур приземной атмосферы по наличию уровня постоянных значений структурной функции, измерение временного интервала регистрации сигналов аэроэлектрических турбулентных пульсаций, соответствующих когерентным турбулентным структурам приземной атмосферы, определение высоты когерентных турбулентных структур приземной атмосферы по горизонтальной координате точки пересечения уровня постоянных значений и кривой аппроксимации усредненной структурной функции, определение ширины когерентных турбулентных структур приземной атмосферы как произведение среднего значения горизонтальной скорости воздушного потока на временной интервал регистрации сигналов аэроэлектрических турбулентных пульсаций.

Синхронная регистрация сигналов аэроэлектрических турбулентных пульсаций в нескольких точках, разнесенных в линию на фиксированные расстояния, с заданным временным разрешением над земной поверхностью на фиксированной высоте дает возможность оперативно вычислять структурную функцию турбулентного процесса, что позволяет проводить непрерывный мониторинг турбулентной активности АПС. Заданное временное разрешение необходимо для повышения точности вычисления структурной функции и нахождения средней величины, т.к. позволяет получить нужное количество единичных синхронных измерений в единицу времени. Синхронную регистрацию сигналов аэроэлектрических турбулентных пульсаций необходимо выполнять на фиксированной высоте вблизи плоской земной поверхности, т.к. величина сигнала аэроэлектрических пульсаций зависит от высоты над проводящей подстилающей поверхностью.

Способ определения когерентных турбулентных структур приземной атмосферы поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема установки для определения когерентных турбулентных структур приземной атмосферы, на фиг. 2 - структурная функция D(r) пространственных флуктуаций параметров турбулентной атмосферы, l0 - внутренний масштаб турбулентности, L0 - внешний масштаб турбулентности, на фиг. 3 - экспериментальная структурная функция DE(r) и вертикальный размер L0=42 м когерентной турбулентной структуры приземной атмосферы.

Способ определения когерентных турбулентных структур приземной атмосферы осуществляется следующим образом.

Над земной поверхностью на фиксированной высоте синхронно в нескольких точках, разнесенных в линию на фиксированные расстояния, с заданным временным разрешением регистрируют аэроэлектрические турбулентные пульсации напряженности атмосферного электрического поля. Измеряют горизонтальную скорость воздушного потока с последующим определением ее среднего значения u за время измерения. Вычисляют структурные функции аэроэлектрических пульсаций согласно алгоритму:

где: DE(r) - структурная функция аэроэлектрических пульсаций,

r - расстояние между датчиками вдоль линии точек измерения напряженности атмосферного электрического поля,

Ez - амплитуда сигнала аэроэлектрических пульсаций.

Проводят по полученному ансамблю структурных функций построение усредненной структурной функции аэроэлектрических турбулентных пульсаций и кривой ее аппроксимации. Выявляют когерентные турбулентные структуры приземной атмосферы по наличию уровня постоянных значений усредненной структурной функции. Затем проводят измерение временного интервала регистрации сигналов аэроэлектрических турбулентных пульсаций, соответствующих когерентным турбулентным структурам приземной атмосферы. Определяют высоту Lh обнаруженной когерентной турбулентной структуры приземной атмосферы по горизонтальной координате точки пересечения уровня постоянных значений и кривой аппроксимации усредненной структурной функции, а также ширину LI обнаруженной когерентной структуры, согласно измеренной средней горизонтальной скорости потока u и времени τ наличия сигналов аэроэлектрических турбулентных пульсаций, соответствующих когерентным турбулентным структурам приземной атмосферы, как произведение среднего значения горизонтальной скорости воздушного потока на временной интервал регистрации сигналов аэроэлектрических турбулентных пульсаций LI = u*τ.

Конкретный пример реализации способа определения когерентных турбулентных структур приземной атмосферы.

Над земной поверхностью на высоте h=1 м устанавливается линейка из пяти датчиков аэроэлектрического поля - прецизионных электростатических флюксметров, предназначенных для регистрации аэроэлектрических турбулентных пульсаций напряженности атмосферного электрического поля в частотном диапазоне (0-5) Гц. Расстояние L между датчиками равно 20 м. Измеряется горизонтальная скорость воздушного потока u в месте установки датчиков с последующим определением ее среднего значения за время измерения. Цифровая регистрация сигналов осуществляется синхронно с каждого из датчиков с заданным (10 отсчетов в секунду) временным разрешением. Из полученных в результате регистрации амплитудно-временных рядов напряженности аэроэлектрического поля оперативно вычисляется усредненная структурная функция аэроэлектрических турбулентных пульсаций и ее аппроксимация. Выявляются когерентные турбулентные структуры приземной атмосферы по наличию уровня постоянных значений усредненной структурной функции. Проводятся измерения временного интервала τ регистрации сигналов аэроэлектрических турбулентных пульсаций, соответствующих когерентным турбулентным структурам приземной атмосферы. Определяется высота Lh обнаруженной когерентной турбулентной структуры приземной атмосферы по горизонтальной координате точки пересечения уровня постоянных значений и кривой аппроксимации усредненной структурной функции. Вычисляется ширина когерентной турбулентной структуры как произведение среднего по времени значения горизонтальной скорости воздушного потока на временной интервал регистрации сигналов аэроэлектрических турбулентных пульсаций. При измеренных скорости воздушного потока u=2 м/с и временном интервале структурированных аэроэлектрических турбулентных пульсаций τ=300 с ширина когерентной турбулентной структуры составляет LI=600 м при высоте Lh=42 м.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить точность и надежность определения когерентных турбулентных структур приземной атмосферы.

Способ определения когерентных турбулентных структур приземной атмосферы, включающий синхронную регистрацию сигналов аэроэлектрических турбулентных пульсаций в нескольких точках, разнесенных в линию на фиксированные расстояния, с заданным временным разрешением над земной поверхностью на фиксированной высоте, измерение горизонтальной скорости воздушного потока с последующим определением ее среднего значения за время измерения, построение усредненной структурной функции аэроэлектрических турбулентных пульсаций и кривой ее аппроксимации, выявление когерентных турбулентных структур приземной атмосферы по наличию уровня постоянных значений структурной функции, измерение временного интервала регистрации сигналов аэроэлектрических турбулентных пульсаций, соответствующих когерентным турбулентным структурам приземной атмосферы, определение высоты когерентных турбулентных структур приземной атмосферы по горизонтальной координате точки пересечения уровня постоянных значений и кривой аппроксимации усредненной структурной функции, определение ширины когерентных турбулентных структур приземной атмосферы как произведение среднего значения горизонтальной скорости воздушного потока на временной интервал регистрации сигналов аэроэлектрических турбулентных пульсаций.
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОГЕРЕНТНЫХ ТУРБУЛЕНТНЫХ СТРУКТУР ПРИЗЕМНОЙ АТМОСФЕРЫ
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОГЕРЕНТНЫХ ТУРБУЛЕНТНЫХ СТРУКТУР ПРИЗЕМНОЙ АТМОСФЕРЫ
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОГЕРЕНТНЫХ ТУРБУЛЕНТНЫХ СТРУКТУР ПРИЗЕМНОЙ АТМОСФЕРЫ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-9 из 9.
20.03.2014
№216.012.ad32

Способ динамической оценки сейсмической опасности

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для прогнозирования места и тренда (увеличения или уменьшения) сейсмической опасности. Сущность: осуществляют мониторинг ситуации, по крайней мере, в одной зоне ожидаемого сейсмического события, принадлежащей исследуемому...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510053
Дата охранного документа: 20.03.2014
10.06.2014
№216.012.cbe1

Способ определения трех компонент вектора смещений земной поверхности при разработке нефтяных и газовых месторождений

Изобретение относится к области маркшейдерско-геодезического мониторинга и может быть использовано для обеспечения безопасности разработки месторождений нефти и газа. Согласно заявленному решению на исследуемой территории проводят геодезические измерения и определяют смещения N...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002517964
Дата охранного документа: 10.06.2014
20.07.2014
№216.012.e28c

Способ контроля локальных изменений плотности образца горной породы в процессе его деформирования

Использование: для контроля локальных изменений плотности образца горной породы в процессе его деформирования. Сущность изобретения заключается в том, что на начальном этапе выбирают равномерно распределенные по всему объему образца направления для измерения скоростей распространения упругих...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523782
Дата охранного документа: 20.07.2014
10.10.2014
№216.012.fc5b

Способ управления режимом нагружения лабораторного пресса при испытании образца горной породы

Изобретение относится к лабораторному моделированию в геофизике с применением электрогидравлического, программно управляемого пресса и может быть использовано для исследований процессов разрушения горных пород с целью отработки методик и алгоритмов прогнозирования сейсмической опасности в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530449
Дата охранного документа: 10.10.2014
10.12.2015
№216.013.95b5

Устройство для измерения угла наклона валов гидроагрегатов

Устройство для измерения угла наклона валов гидроагрегатов относится к области гидроэнергетики и может быть использовано для контроля уклона вала гидроагрегатов (ГА) зонтичного типа во время монтажа и ремонтных работ. Устройство для измерения угла наклона валов гидроагрегатов состоит из несущей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002569945
Дата охранного документа: 10.12.2015
10.03.2016
№216.014.be65

Устройство для измерения макронеровностей поверхностей

Устройство для измерения макронеровностей поверхностей относится к измерительной технике и может быть использовано в гидроэнергетике для контроля макронеровностей, конусности и отклонения от горизонтальной плоскости зеркальных поверхностей дисков подпятников гидроагрегатов. Устройство для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002576631
Дата охранного документа: 10.03.2016
20.08.2016
№216.015.4cde

Трехкомпонентный велосиметр

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в гидроакустике, акустике, сейсмологии для регистрации трех пространственных компонент любых упругих возмущений. Сущность: трехкомпонентный велосиметр состоит из прочного водонепроницаемого корпуса 1 из немагнитного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002594663
Дата охранного документа: 20.08.2016
19.01.2018
№218.016.0c30

Устройство для измерения компонент вектора плотности тока в проводящих средах

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения составляющих вектора плотности электрического тока в проводящих средах. Устройство для измерения компонент вектора плотности тока в проводящих средах состоит из по меньшей мере одного установленного в корпусе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002632589
Дата охранного документа: 06.10.2017
04.04.2018
№218.016.36a3

Способ поиска полезных ископаемых на шельфе морей, покрытых льдом

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для осуществления мониторинга состояния геологической среды при разработке шельфовых и глубоководных месторождений полезных ископаемых, для локализации крупных неоднородных образований, таких как различного рода заиленные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002646528
Дата охранного документа: 05.03.2018
Показаны записи 1-10 из 11.
20.03.2014
№216.012.ad32

Способ динамической оценки сейсмической опасности

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для прогнозирования места и тренда (увеличения или уменьшения) сейсмической опасности. Сущность: осуществляют мониторинг ситуации, по крайней мере, в одной зоне ожидаемого сейсмического события, принадлежащей исследуемому...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510053
Дата охранного документа: 20.03.2014
10.06.2014
№216.012.cbe1

Способ определения трех компонент вектора смещений земной поверхности при разработке нефтяных и газовых месторождений

Изобретение относится к области маркшейдерско-геодезического мониторинга и может быть использовано для обеспечения безопасности разработки месторождений нефти и газа. Согласно заявленному решению на исследуемой территории проводят геодезические измерения и определяют смещения N...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002517964
Дата охранного документа: 10.06.2014
20.07.2014
№216.012.e28c

Способ контроля локальных изменений плотности образца горной породы в процессе его деформирования

Использование: для контроля локальных изменений плотности образца горной породы в процессе его деформирования. Сущность изобретения заключается в том, что на начальном этапе выбирают равномерно распределенные по всему объему образца направления для измерения скоростей распространения упругих...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523782
Дата охранного документа: 20.07.2014
10.10.2014
№216.012.fc5b

Способ управления режимом нагружения лабораторного пресса при испытании образца горной породы

Изобретение относится к лабораторному моделированию в геофизике с применением электрогидравлического, программно управляемого пресса и может быть использовано для исследований процессов разрушения горных пород с целью отработки методик и алгоритмов прогнозирования сейсмической опасности в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530449
Дата охранного документа: 10.10.2014
10.12.2015
№216.013.95b5

Устройство для измерения угла наклона валов гидроагрегатов

Устройство для измерения угла наклона валов гидроагрегатов относится к области гидроэнергетики и может быть использовано для контроля уклона вала гидроагрегатов (ГА) зонтичного типа во время монтажа и ремонтных работ. Устройство для измерения угла наклона валов гидроагрегатов состоит из несущей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002569945
Дата охранного документа: 10.12.2015
10.03.2016
№216.014.be65

Устройство для измерения макронеровностей поверхностей

Устройство для измерения макронеровностей поверхностей относится к измерительной технике и может быть использовано в гидроэнергетике для контроля макронеровностей, конусности и отклонения от горизонтальной плоскости зеркальных поверхностей дисков подпятников гидроагрегатов. Устройство для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002576631
Дата охранного документа: 10.03.2016
20.08.2016
№216.015.4cde

Трехкомпонентный велосиметр

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в гидроакустике, акустике, сейсмологии для регистрации трех пространственных компонент любых упругих возмущений. Сущность: трехкомпонентный велосиметр состоит из прочного водонепроницаемого корпуса 1 из немагнитного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002594663
Дата охранного документа: 20.08.2016
19.01.2018
№218.016.0c30

Устройство для измерения компонент вектора плотности тока в проводящих средах

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения составляющих вектора плотности электрического тока в проводящих средах. Устройство для измерения компонент вектора плотности тока в проводящих средах состоит из по меньшей мере одного установленного в корпусе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002632589
Дата охранного документа: 06.10.2017
04.04.2018
№218.016.36a3

Способ поиска полезных ископаемых на шельфе морей, покрытых льдом

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для осуществления мониторинга состояния геологической среды при разработке шельфовых и глубоководных месторождений полезных ископаемых, для локализации крупных неоднородных образований, таких как различного рода заиленные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002646528
Дата охранного документа: 05.03.2018
19.04.2019
№219.017.2fa8

Способ определения электрической проводимости атмосферы

Изобретение относится к области метеорологии, а более конкретно к атмосферному электричеству, и может быть использовано при аэрофизических, геофизических, электрохимических, метеорологических, биологических и других исследованиях. Сущность: над земной поверхностью на фиксированной высоте...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002379717
Дата охранного документа: 20.01.2010

Похожие РИД в системе

+ добавить свой РИД