Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для рассеивания тумана

Изобретение относится к области техники, предназначенной для рассеивания тумана над контролируемой территорией путем отделения от надвигающегося на нее тумана капель жидкости. Это, прежде всего, объекты, где для управления транспортными средствами необходимо обеспечение дальности видимости (аэродромы, скоростные автодороги, морские порты и т.п.), а также открытые площадки для проведения различных спортивных и зрелищных мероприятий. Кроме того, техническое решение может быть использовано для получения воды из движущихся переувлажненных воздушных масс воздуха, а также для очистки выбрасываемых в атмосферу газовых потоков от содержащихся в них капель жидкости.

Известен целый ряд технических предложений, направленных на решение проблемы искусственного рассеивания тумана. См., например, патенты США №2160900, №2934275, №2527230. Представленные в известных патентах способы рассеивания туманов основаны на искусственной конденсации паров воды путем использования специальных веществ, реагентов и могут быть использованы для рассеивания переохлажденных туманов. Для рассеивания теплых, более устойчивых туманов, данные методы не нашли практического применения.

Для рассеивания теплых туманов над аэродромами использовался термический метод воздействия на туман под названием FIDO. См. например, http://www.youtube.com/watch?v=gAIjxaJ2_Ag. Тепло выделялось при сжигании жидкого топлива в горелках, установленных на длинных трубопроводах вдоль взлетно-посадочной полосы. Тепловые потоки обеспечивали рассеивание тумана над аэродромом. Данный метод очень дорог в эксплуатации. Для обеспечения рассеивания тумана требуется несколько сотен тысяч литров горючего в час. Помимо теплового воздействия на туман известны методы, использующие кинетическую энергию тепловой струи. См., например, патент США №2 969920, патент США №3712542. Данные методы также очень дороги в эксплуатации.

Помимо тепловых методов в литературе описаны методы электрического воздействия на атмосферу. См., например, способ рассеивания тумана с помощью ионного облака, описание которого представлено в патенте США №4671805. В отчете HACA 3481 от 1981 г. (см. http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19820008785_1982008785.pdf) представлены материалы исследований по созданию ионных генераторов. Однако о практическом применении ионных генераторов в опубликованных источниках информации не представлено.

Известен способ рассеивания туманов и облаков, заключающийся в генерации электрических зарядов в атмосферу путем подключения к источнику высокого напряжения коронирующих проводов, закрепленных через изоляторы на опорах у поверхности земли (см. Л.Г. Качурин "Физические основы воздействия на атмосферные образования", Гидрометеоиздат, Ленинград, 1978 г. стр. 287-293; В.Б. Лапшин, А.А. Палей «Результаты натурных экспериментов по оценке влияния коронного разряда на плотность тумана». Метеорология и гидрология. 2006, №1, стр.41-47). Работы по испытанию данного метода показали, что рассеивание тумана данным методом носит статистически значимый результат.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому техническому решению является устройство для рассеивания тумана по патенту 2534568 RU. Известное устройство для рассеивания тумана содержит установленный с зазором относительно заземленной поверхности соединенный с источником электропитания электрод, выполненный в виде оболочки с гладкой поверхностью, радиус кривизны которой не менее нуля.

В известном техническом решении электрически заряженный электрод формирует в окружающем его пространстве неоднородное электрическое поле. Энергия формируемого электрического поля обеспечивает в окружающем пространстве поляризацию капель тумана, и вследствие его неоднородности осуществляет движение поляризованных капель в сторону увеличения градиента электрического поля, к электрически заряженному электроду. Достигнув электрически заряженного электрода, капли тумана получают электрический заряд и электрическим полем по силовым линиям оттесняются к заземленной поверхности. См., например, W.D. Ristenpart, J.С.Bird, A. Belmonte, F. Dollar, H.A. Stone. Non-coalescence of oppositely charged drops. NATURE, Vol. 461, 17 September 2009. Свободный от капель тумана воздух движется в сторону защищаемого объекта и вытесняет туман с контролируемой территории. Вместе с тем, в известном способе около заземленной поверхности образуется пристеночный, пограничный слой воздуха, который препятствует свободному прохождению капель жидкости к заземленной поверхности и снижает эффективность осаждения на ее поверхности капель тумана. Часть капель, задержавшаяся в пограничном слое воздушного потока, выносится из устройства, что снижает эффективность рассеивания тумана.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности рассеивания тумана.

Для достижения заявленной цели в известном устройстве для рассеивания тумана, содержащем соединенные с источником электрического питания цилиндрические электроды, в промежутках между которыми с зазором относительно их поверхности установлены заземленные элементы, заземленные элементы покрыты пористым с открытыми порами материалом;

заземленные элементы выполнены в виде свободной для прохождения воздушного потока конструкции, а установка прилегающих друг к другу электродов исключает перекрытие между собой их нормальных проекций на заземленные элементы.

Технический результат достигается за счет того, что в предлагаемом техническом решении движение тумана с каплями к заземленной поверхности осуществляется через пористый с открытыми порами материал. Капли осаждаются на стенках пор и отделяются от воздушного потока. Выполнение заземленных элементов в предлагаемом решении позволяет воздушному потоку беспрепятственно проходить через заземленную поверхность из одного промежутка в другой, оставляя капли в порах пористого материала. Исключается возможность образования пограничного слоя, увеличивается поверхность для контакта капель жидкости с сепарирующей поверхностью, что и повышает эффективность их сепарации от воздушного потока. Свободный от капель жидкости воздушный поток смешивается с естественным воздушным потоком, движущимся в соседнем промежутке, и направляется на контролируемую территорию.

На рис. 1а, 1б представлена принципиальная схема устройства для рассеивания тумана. Устройство включает в себя установленную на столбах 1 через изоляторы 2 опору 3. На опоре 3 с промежутком h между собой смонтированы электроды 4, соединенные с высоковольтным источником питания 5. На столбах 1 смонтирован прозрачный для прохождения воздушного потока W каркас 6, на котором также с шагом h в промежутках между электродами 4 с зазором δ относительно электродов 4, установлены заземленные элементы 7. Заземленные элементы 7 выполнены в виде тонкостенной, прозрачной для прохождения воздушного потока конструкции, например в виде обычной электропроводной сетки, например, из просечно-вытяжной сетки, либо в виде другой конструкции, в которой выполнены сквозные отверстия для свободного прохождения воздуха. Заземленные элементы 7 покрыты слоем пористого с открытыми порами материала 8, например пластиной из вспененного пористого полиуретана (см. http://mbberfoam.m/produktsiva/poristve-materialy-poristava-rezina/listv-iz-vspenennogo-pu.html). Близлежащие электроды сдвинуты друг относительно друга в плоскости нормальной к плоскости, формируемой близлежащими столбами 1, на величину b. Таким образом, исключается перекрытие между собой нормальных проекций близлежащих электродов на заземленные элементы с гарантированным зазором Δ. На рис. 1а, 1б представлено два ряда, сдвинутых друг относительно друга на расстояние b электродов 4. В конкретной конструкции, в зависимости от значения электрического потенциала подаваемого на электроды 4, значений зазора между электродами 4 относительно заземленных элементов 5 δ и пр. конструктивных особенностей конструкции устройства, количество рядов электродов 4 может быть различным. Главное, должен быть обеспечен сдвиг рядов электродов 4 друг относительно друга, чтобы исключалось перекрытие между собой нормальных проекций близлежащих электродов 4 на заземленные элементы 7.

Устройство работает следующим образом.

Устройство устанавливается таким образом, чтобы плоскость, формируемая близлежащими столбами 1, максимально перекрывала надвигающийся на контролируемую территорию туман. Таким образом, обеспечивается движение тумана между электродами 4 и заземленными элементами 7, покрытыми пористым с открытыми порами материалом. При подаче от высоковольтного источника питания 5 на электроды 4 высокого напряжения, на их поверхности накопится электрический заряд. Электрический заряд в окружающем электроды пространстве между электродами 4 и заземленными элементами 7 (в потоке движущегося тумана) формирует неоднородное электрическое поле, значение которого пропорционально величине заряда. Электрическое поле индуцирует на поверхности капелек тумана электрический дипольный момент. Капли тумана вследствие индуцированного дипольного момента втягиваются неоднородным электрическим полем в сторону увеличения его градиента, т.е. к поверхности электрода 4. Таким образом, капли тумана притягиваются к электрически заряженному электроду. При соприкосновении с электрически заряженным электродом, капли тумана получают электрически заряд того же знака, что и электрод и электрическим полем выносятся по силовым линиям электрического поля к поверхности заземленных элементов. Проходя к поверхности заземленных элементов 7 через пористый материал 8, капли осаждаются на поверхности пор. Очищенный от капель тумана воздушный поток попадает в соседний промежуток между заземленным элементом и электродом, увлекается движущимся потоком воздуха W и выносится в сторону контролируемой территории. Таким образом, обеспечивается очистка надвигающегося тумана от содержащихся в нем капель жидкости. Свободный от капель тумана воздух вытесняет с контролируемой территории туман. В случае необходимости, для увеличения степени очистки тумана от капель, в устройстве могут быть установлены дополнительные ряды электродов, и процесс очистки будет повторен.

В известном устройстве капли тумана подходили к заземленному элементу, в прилегающей к которому области образовывался пограничный слой, который не позволял всем каплям осесть на заземленной поверхности, и часть капель вместе с проходящим воздушным потоком выносилась из устройства. В предлагаемом устройстве капли тумана проходят через пористый материал, размер пор которого может быть установлен заблаговременно исходя из требований эффективности сбора капель. Уменьшение размера пор, с одной стороны, увеличивает степень очистки капель, с другой же стороны, увеличивается сопротивление движению воздуха и повышается вероятность образования пограничного слоя и снижения вероятности сбора капель. Выбором размеров пор пористого материала и количества рядов электродов предложенное техническое решение позволяет повысить эффективность сепарации капель жидкости и, как следствие, добиться повышения эффективности рассеивания тумана и достичь цели предлагаемого изобретения.

Изобретение создано при поддержке РФФИ. Проекты №№ 14-08-00835, 15-08-04724.