Способ воздействия на электрическое состояние облака

 

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для снижения электрической активности грозовых облаков путем внесения электропроводящих нитей в область между двумя зонами, имеющими пространственные заряды разных знаков, С целью уменьшения количестваиспользуемогоматериала электропроводящие нити образуют непосредственно в облаке путем введения капель волокнообразующего состава. 2 з.п. ф-лы.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4821702/15; 4821701/15 (22) 27,03.90 (46) 23.06.92, Бюл. М 23 (71) Московский энергетический институт (72) И.П.Верещагин, Т.В.Годзишевская, С.М.Контуш, Л.М.Макальский, О;Л,Мещеря. ков; И.M.Ñòûрикович и В.С.Сысоев (53) 631.344.8(088.8) (56) Качурин Л.Г. Физические основы воздействия на атмосферные процессы. — Л.:

Гидрометиоиздат, 1978, с. 383-384.

- . Авторское свидетельство СССР

th 529728, кл, 6 01 К 1/08; 1975.

Изобретение относится к активным воздействиям на атмосферные процессы и может быть использовано для .снижения . электрической активности грозовых облаков.

Известен способ воздействия на грозовые облака путем введения кристаллизующих реагентов, например твердой углекислоты.

Внесение таких реагентов в мощные кучевые облака на различных стадиях их развития не всегда приводит к однозначным результатам: в одних случаях напряженность электрического поля в облаке резко возрастает, в других случаях засев приводит к исчезновению переохлажденной части облака и ослабляет его электрическую активйость.

Наиболее близким к изобретению является способ воздействия путем внесения в грозовое облако между двумя зонами; имеющими пространственные заряды разных

„„Я2„„1741661 А1 (ss)s А 01 G.15/00 (54) СПОСОБ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ОБЛАКА (57) Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для снижения электрической активности грозовых облаков путем внесения электропроводящих нитей в область между двумя зонами, имеющими пространственные заряды разных знаков. С целью уменьшения количества используемого материала электропроводящие нити образуют непосредственно в облаке путем введения капель волокнообразующего состава. 2 з.п. ф-лы. знаков злектропроводящих нитей из штапельного углеродного волокна..усиление а напряженности поля на кончиках таких волокон приводит к зажиганию коронного разряда. При возникновении в облаке множественных коронных разрядов образу-ется большое количество свободных зарядов и увеличивается проводимость облака, что препятствует росту найряженности поля.

Недостатком данного способа является низкая эффективность воздействия из-за высокой слипеемости волокон. При диспергировании заранее пакетированных волокон, вместо одиночного коронирующего волокна фактически образуются отдельные пучки волокон, поэтому снижается ток коронирования в расчете на единицу массы реагента. Это обстоятельство заставляет сильно увеличивать практически реализуемый расход реагента, вплоть до экономически не приемлемых значений;

1741661

ЗО

Цель изобретения — уменьшение количества используемого материала без снижения эффективности воздействия; .

Цель достигается тем, что между двумя зонами, имеющими пространственные за- 5 ряды разных знаков, вносят электропроводящие нити, причем электропроводящие йити образуются путем введения капель волокнообразующего состава размером более

100 мкм в зоны с напряженностью поля 10 . более 50 кВ/м.

При этом в качестве волокнообразующего состава используют следующий состав: водный раствор поливинилового спирта и хлорида кальция в качестве гигро- 15 скопической добавки, при следующем соотношении компонентов, мас. :

Поливиниловый спирт 9-31 .. Хлорид 20 кальция 0.5-3

Вода Остальное

Возможно в качестве волокнообразую.щего. состава использовать также следующий состав: спиртовой раствор 25 полиаинилбутираля и хлорида кальция в качестве гигроскопической добавки при следующем соотношении компонентов, мас.%;

Поливинилбутираль . 10-26

Хлорид кальция 0,5 — 3

Этиловый спирт Остальное

Состав вносят в виде капель диаметром 35 не менее 100 мкм в области с. напряженностью поля более 50 кВ/м. При этом из отдельных капель волокнообразующего полимерного состава, содержащего гигроскопическую добавку, под действием растя- 40 гивающих их электростатических сил вйешнего поля формируются тонкие (диаметр 1-20 мкм) и длинные (длина 1 — ЗО см) волокна, обладающие высокой поверхност ной проводимостью во влажной среде, до- 45 статочной для зажигания на их концах

:коронного разряда в поле, характерном для типичного грозового облака. Ясно, что полное падение напряжения на длине волокна должно быть хотя бы в несколько раз мень- 50 ше падения напряжения в областях коронного разряда, возникающего на концах отдельного волокна, помещенного в сильное электрическое поле. При характерном токе коронирования(0,1 — 1 . 10 А) и напря- 55 . женности поля 0,5 — 4,0 кВ/см полное со. противление волокна длиной в несколько сантиметров йвол= 10 — 10 Ом уже являетЭ .1о ся вполне малым для того, чтобы не ограничивать максимальный ток коронирования, \

Эксперименты показывают, что поверхно-. стной проводимости гидрофильных волокон во влажной среде, в особенности при нали-. чии добавок электролитов, совершенно достаточно для возбуждения коронног6 разряда с них не менее мощного, чем с аналогичных металлических волокон. . Верхнее и нижнее значение концентра ций поливинилового спирта в воде соответствуют наилучшим экспериментально обнаруженным реологическим свойствам, а именно сочетанию вязкости и поверхностного натяжения, для формирования волокон из капель раствора во внишних электриче- . ских полях, характерных для электрического состояния типичного грозового облака, т,е.

0,5 — 4;0 кВ/см„пои минимальном расходовании растворителя.

Содержание хлорида кальция (гигроско.пической.добавки) обусловлено экспериментально обнаруженным оптимальныю повышением поверхностной проводимости.

В условиях влажности 97 превышение концентрации хлорида кальция более 77; не приводит к дальнейшему увеличению тока коронного разряда с волокна, Содержание хлорида кальция 0;5 достаточно для коронирования с одиночного волокна диаметром 50 мкм и длиной 5 см в поле Е = 150 кВ/м при токе короны 10 А, использование меньших количеств хлорида.кальция приводит к существенно более низким токам, очевидно из-за процесов капсулирования поливиниловым спиртом островков обводненного, хлорида кальция на поверхности волокна.

Пример 1, Волокнообразующий реагент готовят на:основе воды. содержащей 9 мас.g поливинилового спирта и 0,5 мас. хлорида кальция. Указанный состав распыляют в электрически активной части облака. где напряженность поля составляет 100 кВ/м. Состав распыляют выливным методом. При распылении образуются капли. средний диаметр которых составляет 100200 мкм, Во внешнем электрическом поле капли деформируются и вытягиваются в волокна. Средний диаметр волокон около 8 мкм, а длина 2 — 10 см, Вода испаряется vl волокна отверждаются. На гигроскопичной поверхности волокна, вследствие модификации ее хлоридом кальция, образуется водяная пленка, которая дает основной аклад в электропроводность волокон. Удельное электрическое сопротивление в данном случае составляет при влажности окружающего воздуха 977 около 40 — 50 Ом ° м, При напряженности электрического поля Е -- 1ОР кВ/м в среднем с каждого одиночного в

1741661

5 6 локна стекает разрядный ток 0,2 10 А. 5-20 см, Вода испаряется и волокна отверЧтобы обеспечить суммарный ток, сравни- ждаются, На гигроскопичной поверхности мый со средним током разделения зарядов: волокна, вследствие модификации ее хлоривгрОэовыхоблаках(т.е.порядканескольких дом кальция, образуется водяная пленка, ампер), необходимо несколько десятков 5 которая дает основной вклад в электропромиллионов волокон (капель). Так как сред- водность волокон. Удельное электрическое няя масса одной капли 5 . 10 кг, то для сопротивление в данном случае составляет эффективного воздействия на типичную при влажности окружающего воздуха 97 грозовую ячейку потребуется с учетом по- около 10 Ом м. При напряженности электтерь ионов, рекомбинирующих на облачных 10 рического поля Е = 50 кВ/м в среднем с каплях,5 — 10кгволокнообразующегососта- каждого одиночного волокна стекает разва на одну грозовую ячейку, рядный ток 0,35 10 А . Чтобы обеспечить

Пример 2. Волокнообразующий.со- суммарный ток, сравнимый со средним тостав готовят на основе воды, содержащей ком разделения зарядов вгрозовыхоблаках

31 мас. поливинилового спирта и 3 мас.. 15. (т.е. порядка несколькйх ампер), необходихлорида кальция. Указанный состав распы- мо несколько десятков миллионов волокон ляют в электрически активной части облака, (капель). Так как средйяя-масса одной капли где напряженность поля составляет 50 2 107кг,тодляэффективноговоэдействия кВ/м. Состав распыляют выливным мето- натипичнуюгрозовуюячейкупотребуетсяс дом. При распылении образуются капли, 20 учетом потерь ионов, рекомбинирующих на средний диаметр которых 200 — 330 мкм. Во облачных каплях, 10 — 20 кг волокнообраэуювнешнем электрическом поле. а также под щего состава на одну грозовую ячейку. действием набегающего потока капли испы- Пример 4, Волокнообраэующий реатывают деформацию и вытягиваются в во- гент готовят на основе этилового спирта, локна. Средний диаметр волокон. 25 содержащего 10 мас. поливинилбутираля составляет около 10 мкм, а длина 7 — 25 см, и 0,5 мас. хлорида кальция. Указанный

На гигроскопичной поверхности отверж- состав распыляют в электрически активной денного волокна, вследствие модификации . части облака, где напряженность поля соее хлоридом кальция, образуется тонкая во- ставляет Е = 100 кВ/м. Состав распыляют дяная пленка, вымывающая CaClz.:Эта 30 выливным методом. При распылении обрапленка дает основной вклад в электропро- зуются капли, средний диаметр которых соводность волокон. Удельное электрическое ставляет 100 — 200 мкм. Во внешнем сопротивление волокон в данном случае со- электрическом поле капли деформируются ставляет при влажности окружающего воз- и вытягиваются в волокна. Средний диаметр духа 977 около 10 Ом . м..При 35 волокон около 7 мкм, а длина 2 — 12 см. Зтинапряженности электрического поля, ука- ловый спирт испаряется и волокна отвержэанной выше, в среднем с каждого единич- даются. На гигроскопичной поверхности ного волокна стекает разрядный ток волокна,вследствиемодификацииеехлори-6

0,5. 10 А. Чтобы обеспечить суммарный дом кальция, образуется водяная пленка, ток, сравнимый со средним током разделе- 40 которая дает основной вклад в электропро-ния зарядов в грозовом облаке, необходимо водность волокон.. несколько десятков миллионов волокон (ка- Удельно электрическое сопротивление пель), т.е. для эффективного воздействия на волокон, в данном случае, составляет при грозовую ячейку потребуется с учетом по- влажностиокружающеговоздуха97% около терь ионов, рекомбинирующих на облачных 45 70 Ом м. При напряженности электричекаплях, 8 — 15 кг волокнообразующего соста- ского поля Е = 100 кВ/м в среднем с каждого ва на один акт воздействия. одиночного волокна стекает разрядный ток

Пример 3. Волокнообразующий реа- 0,3 10 А. Чтобы обеспечить суммарный гент готовят на основе воды. содержащей 26 ток, сравнимый со средним током разделемас. поливинилбутираля и 3 мас, хлори- 50 ния зарядов в грозовом облаке (т.е. порядка да кальция. Укаэанный состав распыляют в несокльких ампер), необходимо несколько электрически активной части облака, где на- десятков миллионов волокон (капелф Так пряженность поля составляет 50 кВ/м. Со- как средняя масса одной капли 5 10 кг, то став распыляют выливным методом. При, для эффективного воздействия на типичную распылении образуются капли, среднийди- 55 грозовую ячейку потребуется с учетом пеаметр которых составляет 180 — 300 мкм. Bo . терь ионов, рекомбинирующих на облачных внешнем электрическом поле капли дефор- каплях,4 — 8 кг волокнообразующего состае1 мируются и вытягиваются в волокна. Сред-. на 1 грозовую ячейку. ний диаметр волокон около 10 мкм, а длина

1741661

10 — 26

Остальное

Составитель И.Стырикович .

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор Н.Король

Редактс р Г.Гербер

Заказ 2228 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС .l P

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Нет необходимости испольэовать металлиэацию или карбонизацию волокон для придания им электропроводности. Снижение расхода реагента. исключение наличия металла в его составе позволяет AoBblcHTb экономичность воздействия. Срок хранения реагента в пригодном к употреблению состояния по результатам исследований составляет не менее года при условии соблюдения герметичности соответствующей жидкости.

Ф о р мул а изобретен ия

1. Способ воздействия на электрическое состояние облака, включающий внесение между двумя зонами, имеющими пространственные заряды разных знаков, электропроводящих нитей, о т л и ч а юшийся тем, что, целью уменьшения количества используемого материала, электропроводящие нити образуют путем введения капель волокнообраэующего состава размером более 100 мкм в эоны с напряженностью электрического поля, превышающей 50 кВ/м.

2, Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве волокнообраэующего состава используют водный раствор поливинилового спирта и хлорида кальция при

5 следующем соотношении компонентов. мас. $, Поливиниловый спирт 9-31

Хлорид

10 кальция 0,5 — 3.0

Вода Остальное

3. Способ по и 1, о т л и ч à ю. шийся тем, что в качестве волокнообраэующего состава используют спиртовой раствор пол15 ивинилбутираля и хлорида кальция npii следующем соотношении компонентов мас. ф:

Поливинилбутирал

20 Хлорид кальция 0,5-3.0

Этиловый спирт