Результат интеллектуальной деятельности: Способ производства искусственного снега для сельского хозяйства

Изобретение относится к сельскохозяйственному производству, а именно, к оборудованию получения искусственного снега для очистки воздуха на рабочих местах и создания оптимального микроклимата в животноводческих и птицеводческих помещениях, пылеподавления в комбикормовых цехах, заводах, зерноперерабатывающих предприятиях, для образования искусственного снежного покрова опытных и экспериментальных участков в растениеводстве, предохранения садов и кустарников от заморозков в период их цветения, применяется в санитарно-защитных зонах предприятий (свиноводческих, птицеводческих и др.), имеющих источники выброса вредных веществ в атмосферу.

Известен «Способ образования искусственного снега и устройство для его осуществления» (патент RU № 2032869, МПК F 25 C 3/04, 1995), по которому предусмотрено образование искусственного снега раздельной подачей рабочего газа под повышенным давлением и распыленной жидкости, устройство снабжено камерой для мгновенного расширения части потока газа. Установка конструктивно сложная и труднореализуемая на практике.

Известно «Устройство для получения искусственного снега» (патент RU № 2129691, МПК F 25 C 3/00, 1999), устройство снабжено дополнительным источником ультразвука со стержневым концентратором продольных колебаний. Это устройство осуществляет механический распыл воды и жидкой двуокиси углерода, однако не создает зачатков ядра снежинок из поляризованных химических элементов в составе воздуха, что не интенсифицирует процесс снегообразования.

Известен «Способ получения искусственного снега для сельского хозяйства» (патент RU № 2676134, МПК F 25 C 3/04, 2018) - принят за прототип, по которому проводят обработку турбулентного потока воздуха СВЧ-энергией , поляризацию химических элементов воздуха и капли воды из его влаги, смешивание воздуха, воды и двуокиси углерода и струйный выброс водовоздушной смеси под давлением в атмосферу.

Используется СВЧ-энергия, генератор СВЧ-энергии и струйные форсунки, однако струйные форсунки недостаточно создают мельчайших капель, от этого способа зависит качество и производительность установки.

Задачей изобретения является повышение коэффициента снегообразования и обеспечение возможности производства снега на открытом воздухе при минусовой температуре, а его использование в помещениях с плюсовой и минусовой температурой.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе производства искусственного снега для сельского хозяйства, включающем обработку турбулентного потока воздуха СВЧ-энергией, поляризацию химических элементов воздуха и капли воды из его влаги, смешивание воздуха, воды и двуокиси углерода и струйный выброс водовоздушной смеси под давлением в атмосферу, согласно изобретению, водовоздушную смесь выбрасывают в вертикальный цилиндрический диффузор и дополнительно продувают ее снизу вверх атмосферным воздухом, отбирают теплоту из капель факела, регулируют время пребывания смеси в цилиндрическом диффузоре скоростью передвижения водовоздушной смеси, доставляют снег из кристаллов заданных размеров к месту применения.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена - схема «Способ производства искусственного снега для сельского хозяйства».

Способ производства искусственного снега для сельского хозяйства осуществляется устройством, которое содержит последовательно соединенные средство 1 подачи воздуха под давлением, сопло Лаваля 2, СВЧ-камеру 3, генератор СВЧ-энергии 4, смесительную камеру 5 и конический диффузор 6, средства подачи воды 7 и жидкой двуокиси углерода 8; со штуцерами 9 и 10 соответственно. Внутри выходного конуса сопла Лаваля по спирали под углом γ к образующей закреплены направляющие витки 11, а на крышке смесительной камеры установлена центробежная форсунка 12 с коническим диффузором 13, образующего водовоздушный факел 14. На крышке смесительной камеры 15 закреплен цилиндрический диффузор 16, на верху которого установлен центробежный вентилятор 17 с всасывающим патрубком 18, сообщенный с регулятором подачи воздуха 19 и нагнетательным патрубком 20, соединенным с гибким недеформируемым шлангом 21 с гасителем скорости смеси воздуха и снега 22. Гибкий шланг фиксируется опорой 23.

Способ производства искусственного снега для сельского хозяйства осуществляется следующим образом.

Воздух средством 1 нагнетается в сопло Лаваля 2, где в объеме выходного конуса сопла Лаваля посредством СВЧ-камеры 3 и генератора СВЧ-энергии 4 создается электромагнитное поле - радиоволны миллиметрового диапазона, которые концентрируются в центре конуса. Поток воздуха продувается по каналам между витками спирали 11, который переходит в турбулентное состояние, при этом он охлаждается за счет адиабатического расширения, увеличивается его скорость, под действием электромагнитного поля химические элементы в составе воздуха поляризуются, происходит аэрозольное распыление воды из влаги воздуха. Турбулентный поток воздуха перемещается в смесительную камеру 5, в нее же средствами 7 и 8 через штуцеры 9 и 10 подают к торцевой поверхности смесительной камеры воду и двуокись углерода, где под действием турбулентного потока происходит их распыление и смешивание. Смесь воздуха и жидкостей под давлением, которое создается в камере смешивания, подается в центробежную форсунку 12, установленную на крышке смесительной камеры 5. Центробежный вентилятор 17 через всасывающий патрубок 18, регулятор подачи воздуха 19 и цилиндрический диффузор 16, установленный на крышке смесительной камеры 15, засасывает атмосферный воздух и поднимает водовоздушную смесь, при этом она охлаждается, образуются кристаллы снега, которые через нагнетательный патрубок 20 с воздухом по гибкому недеформируемому шлангу 21 подается к месту применения. Если снежная масса выбрасывается не в объем помещения. а на поверхность поля или опытный участок, то на конец шланга, который фиксируется опорой 23, устанавливается гаситель скорости 22.

Основными показателями в процессе снегообразования является массовый расход воздуха и жидкости. Поскольку массовый расход воздуха в любом продольном сечении постоянен: p·v·A=const, где p - локальное давление, v – локальная скорость газа, A - площадь местного сечения сопла, то перемещаясь по соплу Лаваля газ сжимается, температура и давление повышаются, затем расширяется, при этом его температура и давление падают, а скорость возрастает. Внутренняя энергия воздуха преобразуется в кинетическую энергию направленного движения. (Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Глава Х. Одномерное движение сжимаемого газа. § 97. Истечение газа через сопло. Теоретическая физика – Т.6. Гидродинамика).

Водовоздушная смесь при выходе с большой скоростью из конического сопла испытывает аэродинамическое сопротивление атмосферного воздуха и распадается на множество мелких капель. На каплю воды действуют силы направленные против сил поверхностного натяжения и если эти силы превосходят силы поверхностного натяжения, то происходит «взрыв» капли (Паджи Д.Г., Галустов В.С. Распылители жидкостей. - М.,Химия,1979,с. 176).

Чем сильнее «взрыв», тем мельче «осколки» разрушенной капли и тем быстрее происходит переход от полидисперсной системы к монодисперсной.

При высокой скорости выброса факела водовоздушной смеси на высоту до 3 м процесс отдачи тепла и замораживания капель происходит мгновенно,но при этом крупные капли не успевают заморозится в хлопья снега и выпадают в виде капель жидкой смеси, а коэффициент снегообразования составляет только 0,5-0,85 (Гаспарьян Н.А. диссертация. Пылеподавление на основе использования фазовых переходов влаги при ведении открытых горных работ. Санкт-Петербург, 2008). Применение способа производства искусственного снега для сельского хозяйства позволит повысить эффективность образования кристаллов снега в продуваемом вертикальном, цилиндрическом диффузоре, так как скорость свободного падения капель смеси в неподвижном воздухе диаметром до 100 мкм составляет 0,75 м/с, а при диаметре 500-600 мкм – 4,5 м/с. (Шувалов Ю.В., Мохамад А., Бульбашев А.П. Устройства для борьбы с пылью при отрицательных температурах воздуха //Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2000. - № 9 – С.5-7).

Мелкие капли, обладая высокой парусностью, приобретают большую скорость в цилиндрическом диффузоре, чем крупные; поэтому происходит отбор кристаллов снега по размеру в меру их замерзания: мелкие капли смеси замерзают быстрее и при постоянной скорости движения воздушного потока в вертикальном диффузоре перемещаются с большей скоростью и меньше времени находятся в диффузоре, чем крупные, которые в 5-6 раз дольше преодолевают тот же путь и замерзают. При регулируемой подаче воздуха в диффузор обеспечивается полное замораживание капель различных размеров и повышение коэффициента снегообразования.

Применение способа производства искусственного снега позволит его производить на открытом воздухе, что эффективно в зимнее время, использовать снег в помещении в любое время года при положительной и отрицательной температурах атмосферного воздуха.