Способ формирования восходящего воздушного потока и устройство для его реализации

Изобретение может быть использовано для защиты контролируемой территории от аэрозольного загрязнения. Генерируют коронный разряд в движущемся вдоль поверхности земли воздушном потоке с последующим поворотом направления его движения вверх. Генерацию коронного разряда предваряют прохождением воздушного потока над водной поверхностью, образуемой в водоеме, заблаговременно выполненном в области, прилегающей к устройству генерации коронного разряда (1). Система содержит устройства генерации ионного ветра с аэродинамическими отражателями (5). Устройства генерации коронного разряда (1) выполнены в виде отдельных модулей. Модули установлены друг над другом в плоскости, пересекающей натекающий воздушный поток, со сдвигом каждого вышестоящего устройства относительно нижестоящего в сторону набегающего воздушного потока на величину δ=h*tgα, где 60°>>α>>30°, h≤3 – высота модуля. Система снабжена водоемом, выполненным с наветренной от устройства генерации коронного разряда стороны. Обеспечивается повышение эффективности формирования восходящего воздушного потока в условиях жаркого и сухого климата. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области техники, предназначенной для формирования восходящих воздушных потоков, и может быть использовано для защиты контролируемой территорий от аэрозольного загрязнения.

Наибольшее распространение получили способы защиты контролируемых территорий от капельных аэрозолей, туманов. Известны способы и устройства рассеивания туманов на контролируемой территории, основанные на искусственной конденсации паров воды путем использования специальных веществ, реагентов, (см., например, патент США №2160900, опубликованный 06.06.1939 г., патент США 2934275, опубликованный 26.04. 1960 г., патент США №2527230, опубликованный 24.10.1950 г.). Несмотря на накопленный опыт практического использования реагентов, (см., например, Бибилашвили и др. " Руководство по организации и проведению противоградовых работ ", Гидрометеоиздат, Ленинград, 1981 г.), эти методы не работают в условиях теплых туманов (туманов, возникающих при положительных температурах воздуха). Кроме того, в литературе отмечается, что их постоянное применение, в той или иной степени, приводит к ухудшению экологии окружающей среды и требует расхода значительных материальных ресурсов, обусловленного необходимостью производства реагентов в больших количествах, изготовлением и эксплуатацией средств доставки реагентов в область рассеивания тумана.

Метод искусственного формирования восходящего воздушного потока для рассеивания теплых туманов успешно применялся на аэродроме в Англии. Использовался термический метод под названием FIDO. При сжигании нефти или мазута в горелках, установленных на длинных трубопроводах вдоль взлетно-посадочной полосы, выделялось тепло. Теплый воздух поднимался вверх и увлекал за собою вверх окружающие массы воздуха, насыщенные аэрозолями. Обеспечивалось рассеивание тумана над аэродромом. См. например, http://www.youtube.com/watch?v=gAIjxaJ2_Ag. Данный метод не нашел широкого применения из-за высокой стоимости эксплуатации. Требовалось сжигание порядка 50 литров горючего в сек. Более дешевым способом является способ формирования восходящего воздушного потока и рассеивания тумана, который помимо теплового воздействия на туман, использовал кинетическую энергию тепловой струи. См., например, патент США №2 969920, опубликованный 31.01.1961 г., патент США №3712542, опубликованный 15.03.1971 г. Однако данный метод также требовал больших эксплуатационных затрат и не нашел своего практического применения.

Предлагаются способы формирования восходящих воздушных потоков и рассеивания тумана, использующие кинетическую энергию возникающего при генерации коронного разряда ионного ветра. См., например, патент РФ №2485763 Ru, опубликованный 27.06.2013 г., бюл. №18. Устройство содержит заземленную электропроводную сетку, прикрепленную к подвешенным на опорах поддерживающим тросам. Сетка прикреплена с зазором относительно соединенных с источником высокого напряжения коронирующих электродов, по поверхности эквидистантной поверхности, образуемой коронирующими электродами. Устройство снабжено скрепленными с коронирующими электродами силовыми тросами. Тросы подвешены на опорах через высоковольтные изоляторы. При установке электропроводной сетки параллельно поверхности земли известное устройство позволяет сформировать ионный ветер, направленный вверх, который в условиях полного штиля и при значительных площадных характеристиках устройства может перерасти в устойчивый восходящий воздушный поток. См, например, https://www.youtube.com/watch?v=PGGkdaVStXs. Однако, в естественных условиях, когда дует боковой ветер, происходит отклонение струи ионного ветра и формирование устойчивого восходящего воздушного потока известным способом затруднительно. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому техническому решению является способ и устройство рассеивания тумана, описанные в патенте на изобретение №2525333 Ru, опубликованном 10.08.2014 г., бюл. №2. Известный способ обеспечивает формирование восходящего воздушного потока путем генерации ионного ветра в движущемся вдоль поверхности земли воздушном потоке с последующим направлением его дальнейшего движения вверх. Известное устройство формирования восходящего воздушного потока включает в себя систему генерации ионного ветра и содержит заземленную решетчатую конструкцию, с зазором относительно которой установлены соединенные с высоковольтным источником питания коронирующие электроды. Вдоль заземленной решетчатой конструкции с противоположной относительно коронирующих электродов стороны в известном устройстве установлен аэродинамический отражатель. Известный способ и устройство для формирования восходящего потока позволяют использовать энергию ветрового потока. Что повышает вероятность формирования устойчивого восходящего потока в естественных условиях реальной атмосферы даже при наличии ветра.

Вместе с тем, как показывают расчеты, для формирования восходящего потока в условиях реальной атмосферы требуются значительные габаритные размеры устройства. В воздушном потоке, движущемся от источника генерации ионного ветра до аэродинамического отражателя формируются турбулентные возмущения, что снижает эффективность работы аэродинамических отражателей. Снижается скорость выходящих вверх воздушных потоков, что снижает вероятность формирования устойчивого восходящего потока, особенно в условиях сухой атмосферы.

Целью изобретения является повышение эффективности формирования восходящего воздушного потока в условиях жаркого и сухого климата.

Для достижения заявленной цели в известном способе формирования в атмосфере восходящего воздушного потока, заключающемся в генерации коронного разряда в движущемся вдоль поверхности земли воздушном потоке с последующим поворотом направления его движения вверх, генерацию коронного разряда предваряют прохождением воздушного потока над водной поверхностью, образуемой в водоеме, заблаговременно выполненном в области, прилегающей к устройству генерации коронного разряда.

В известной системе формирования восходящего воздушного потока, содержащей устройство генерации ионного ветра с аэродинамическими отражателями, устройства генерации ионного ветра выполнены в виде отдельных модулей, установленных друг над другом в плоскости, пересекающей натекающий воздушный поток, со сдвигом каждого вышестоящего устройства относительно нижестоящего в сторону набегающего воздушного потока на величину , где ; система формирования восходящего воздушного потока снабжена водоемом, выполненным с наветренной от устройства генерации коронного разряда стороны.

Технический результат обеспечивается за счет того, что для формирования восходящего воздушного потока используется не только энергия ветрового потока, но и заблаговременно запасенная энергия скрытого тепла конденсации воды. Проходящий вдоль поверхности воды воздушный поток увлекает за собой испаряющуюся с водной поверхности влагу, которая в процессе подъема восходящего потока конденсируется. Высвобождаемая энергия конденсации в процессе подъема воздушной массы вверх нагревает воздушный поток и способствует его дальнейшему подъему. Таким образом, предлагаемый способ позволяет в условиях жаркого и сухого климата накопить солнечную энергию в заблаговременно выполненном водоеме, а затем в виде парообразной влаги использовать ее для формирования восходящего воздушного потока. При недостаточном количестве накапливаемой солнечной энергии, в водоеме могут быть установлены источники подогрева воды, что позволит в течение длительного времени накопить необходимое количество энергии для устойчивого формирования восходящего воздушного потока.

Выполнение устройства генерации ионного ветра в виде отдельных модулей позволяет до минимума сократить свободное течение струй набегающего на аэродинамические отражатели воздушного потока. Набегающий ветровой поток с минимальными потерями с помощью аэродинамических отражателей преобразуется из горизонтального потока в вертикальный. Предложенное техническое решение позволяет обеспечить качественную аэродинамическую схему поворота ветрового потока при любых, сколь угодно больших размерах устройства, и сократить до минимума потери кинетической энергии набегающего ветрового потока в процессе его аэродинамического разворота в направление вертикального подъема.

Реализация предлагаемого способа осуществляется следующим образом. В области, прилегающей к контролируемой территории, определяют розу ветров, преобладающих для данной конкретной местности. С наветренной от контролируемой территории стороны монтируют устройство генерации ионного ветра с аэродинамическими отражателями. Генерация ионного ветра может быть обеспечена путем генерации коронного разряда между коронирующим электродом и заземленной, свободной для прохождения воздушного потока заземленной конструкцией. Устройство генерации ионного ветра устанавливают таким образом, чтобы заземленная свободная для прохождения воздушного потока конструкция была ориентирована под прямым углом к наиболее вероятному направлению ветрового потока. Монтаж устройства генерации ионного ветра осуществляют в виде установленных друг над другом отдельных модулей, высота каждого из которых модулей не превышает значения 3 метров. С противоположной от коронирующих электродов стороны относительно заземленной свободной для прохождения воздушного потока конструкции в каждом модуле монтируются аэродинамические отражатели, обеспечивающие поворот горизонтального воздушного потока на 90°, и направляющие образуемый воздушный поток вертикально вверх. Установку друг над другом модулей генерации ионного ветра осуществляют со сдвигом каждого вышестоящего устройства относительно нижестоящего в сторону набегающего воздушного потока на величину , где , что позволяет снизить вероятность образования турбулентных вихрей и снижает величину аэродинамических потерь ветрового потока при повороте его направления движения вверх. Со стороны набегающего воздушного потока относительно устройства генерации ионного ветра вдоль всей линии устройства генерации ионного ветра выполняется водоем, который при необходимости может быть снабжен устройством подогрева воды и шторами закрытия водоема и обеспечения изоляции поверхности воды от атмосферного воздуха. Кроме того, в водоеме могут быть установлены устройства, обеспечивающие распыления воды в проходящем воздушном потоке. При поступлении команды на формирование восходящего воздушного потока шторы закрытия водоема открывают и подают напряжение на коронирующие электроды. Проходящий над водоемом воздушный ветровой поток насыщается испаряемой из водоема влагой и поступает в разрядный промежуток коронного разряда. В разрядном промежутке коронного разряда содержащиеся в проходящем воздушном потоке аэрозоли получают электрический заряд. Воздушный поток, отражаясь от аэродинамических отражателей направляется вверх. Учитывая, что набегающий ветровой поток аэродинамическим отражателями каждого установленного друг над другом модуля генерации ионного ветра разбивается на отдельные струи, скорость восходящего сформированного воздушного потока практически имеет такое же значение, как и горизонтальна скорость ветра. А при правильно организованной системе генерации коронного разряда даже и большее значение, на величину значения формируемого коронным разрядом скорости ионного ветра. В процессе подъема воздушный поток расширяется, содержащиеся в восходящем воздушном потоке пары воды конденсируются, выделяется тепло парообразования, способствующее дальнейшему подъему воздушных масс. Таким образом, к энергии ветрового потока и ионного ветра предлагаемое техническое решение обеспечивает добавление энергии, накапливаемой в воде обустроенного в прилегающем к устройству генерации ионного ветра водоеме. Обеспечивается увеличение эффективности формирования восходящего воздушного потока и достижение заявленной цели изобретения.

На рис. 1 представлена условная схема устройства формирования восходящего воздушного потока, реализующая предлагаемый способ. Устройство включает в себя устройство генерации коронного разряда и выполненный с наветренной относительно устройства генерации коронного разряда стороны водоем. Устройство генерации коронного разряда, выполненное в виде отдельных модулей, установленных друг над другом в плоскости, пересекающей ветровой поток. Каждый отдельный модуль может быть выполнен по описанной в патенте на изобретение №2525333 Ru схеме и включает в себя заземленную решетчатую конструкцию 2, выполненную в виде конструкции, свободной для прохождения воздушного потока. В качестве заземленной решетчатой конструкции 2 может быть использована обычная электропроводная сетка. Электрически изолированно и с зазором Л относительно заземленной решетчатой конструкции 2, например, на изоляторах 3 установлены коронирующие электроды 4, соединенные с высоковольтным источником питания (на рис. 1 не показан). Каждый отдельный модуль снабжен аэродинамическими отражателями 5, смонтированными на направляющей 6, устанавливаемой под углом а к горизонту. Угол наклона направляющей а, количество и расстояние между отражателями выбирается на стадии аэродинамических исследований конкретных конструкций модулей из условия минимума аэродинамических потерь, затрачиваемых на поворот натекающего воздушного потока из горизонтального в вертикальное направление. Исходя из экспериментальных исследований, значение угла а может быть рекомендовано в диапазоне .

Монтаж друг над другом отдельных модулей осуществляется со сдвигом каждого вышестоящего модуля относительно нижестоящего в сторону набегающего воздушного потока на величину . При данном значении сдвига обеспечивается единые аэродинамические условия для всех модулей, что позволяет добиться наиболее высокой эффективности работы устройства, унификации отдельных его узлов и деталей, и снизить затраты на изготовление устройства. Водоем устанавливается с наветренной от устройства генерации коронного разряда сторона на расстоянии С, значение которого определяется либо экспериментально, либо путем проведения численного моделирования, исходя из условия максимального насыщения проходящего воздушного потока парами воды.

Габаритные размеры устройства генерации коронного разряда, высота Н и его размер поперечного сечения В, а также размер поперечного сечения водоема А определяются по результатам численного моделирования процесса формирования восходящего воздушного потока в заданных условиях стратификации атмосферы, температуры и скорости набегающего ветрового потока W и пр.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Ветровой поток W при подходе к устройству генерации коронного разряда проходит над водоемом и насыщается испаряемой из водоема влагой (на рис. 1 показана волнистыми стрелками). Насыщенный влагой ветровой поток попадает в устройство генерации коронного разряда 1. При подаче высокого напряжения на коронирующие электроды 4, между коронирующими электродами 4 и заземленной решетчатой конструкцией 2 формируется мощное электрическое поле и зажигается коронный разряд. Параметры высоковольтного источника питания выбирают исходя из условий обеспечения устойчивого коронного разряда, на основании известных рекомендаций, нашедших широкое применение в электрофильтрах. См., например, Г.М.А. Алиев, А.Е. Гоник. Электрооборудование и режимы питания электрофильтров. Энергия. Москва. 1971. Стр. 95-173. При генерации коронного разряда формируется ионный ветер от коронирующего электрода 4 к заземленной решетчатой конструкции 2. Как показали эксперименты, проведенные с участием автора, устойчивое значение ионного ветра составляло примерно 0,7-1 м/сек. Ионный ветровой поток складывается с естественным натекающим увлажненным ветровым потоком и попадает на аэродинамический отражатель 5, отражаясь от поверхности которого выходит наружу в естественную атмосферу в виде струи, имеющей скорость (W+ΔW). В процессе подъема воздушный поток расширяется, содержащиеся в восходящем воздушном потоке пары воды конденсируются, выделяется тепло парообразования, способствующее дальнейшему подъему воздушных масс. Таким образом, к энергии ветрового потока и ионного ветра предлагаемое техническое решение обеспечивает добавление энергии, накапливаемой в воде обустроенного в прилегающем к устройству генерации ионного ветра водоеме. Обеспечивается увеличение эффективности формирования восходящего воздушного потока и достижение заявленной цели изобретения. Модульная конструкция генератора коронного разряда позволяет выполнить его сколь угодно больших габаритных размеров и обеспечить формирование струи восходящего воздушного потока сколь угодно большого поперечного сечения. Что позволит обеспечить подъем воздушных масс на высоты, необходимые для инициирования процессов конденсации, содержащихся в восходящем воздушном потоке воды. Высвобождается аккумулированная в водном бассейне энергия, повышается эффективность формирования восходящего воздушного потока.

Таким образом, предложенное решение, благодаря новым признакам в сочетании с известными, позволяет сформировать устойчивый коронный разряд по всей площади устройства, увеличить эффективность рассеивания тумана и достичь цели предлагаемого изобретения.

1. Способ формирования в атмосфере восходящего воздушного потока, заключающийся в генерации коронного разряда в движущемся вдоль поверхности земли воздушном потоке с последующим поворотом направления его движения вверх, отличающийся тем, что генерацию коронного разряда предваряют прохождением воздушного потока над водной поверхностью, образуемой в водоеме, заблаговременно выполненном в области, прилегающей к устройству генерации коронного разряда.

2. Система формирования восходящего воздушного потока, содержащая устройство генерации ионного ветра с аэродинамическими отражателями, отличающаяся тем, что устройства генерации коронного разряда выполнены в виде отдельных модулей, установленных друг над другом в плоскости, пересекающей натекающий воздушный поток, со сдвигом каждого вышестоящего устройства относительно нижестоящего в сторону набегающего воздушного потока на величину δ=h*tgα, где 60°>>α>>30°, h≤3 – высота модуля.

3. Система формирования восходящего воздушного потока по п. 2, отличающаяся тем, что снабжена водоемом, выполненным с наветренной от устройства генерации коронного разряда стороны.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для очистки воздуха в помещениях. Устройство очистки воздуха содержит по меньшей мере одну структуру удаления загрязняющих веществ из воздуха, имеющую соединение по текучей среде с главным отверстием и системой направленных отверстий, содержащей направленное впускное отверстие для всасывания воздуха в устройство очистки воздуха из некоторой области целевого пространства и направленное выпускное отверстие в дополнительном целевом направлении по направлению к упомянутой области.

Изобретение относится к транспортным средствам. Транспортное средство содержит блок управления мощностью, имеющий по меньшей мере одно из инвертора и преобразователя; приводной электромотор и основную часть кожуха, в которой размещен блок управления мощностью.

Изобретение относится к области метеорологии и сельского хозяйства. Способ включает длительное воздействие на локальную область атмосферы тепловым лучом сфокусированного солнечного потока.

Изобретение может быть использовано для сдвига и разрушения антициклонов в тропосфере. Устройство выполнено в виде геометрического зонтика из десяти радиальных проводов-коронирующих электродов, создающих антенное поле, длиной 100 м каждый, подвешенных на центральной опорной мачте из композитного материала высотой 30 м с узлом крепления проводов на вершине через высоковольтные изоляторы, изолирующие радиальные провода от центральной мачты и десяти вспомогательных мачт из композитного материала высотой 10 м, подвески радиальных проводов, электрически соединенных по периметру окружности «зонтика», изолированных от мачт стержневыми изоляторами, одна из мачт содержит узел крепления провода запитки «зонтика» от источника высоковольтного питания в регулируемом режиме изменения полярности питающего напряжения посредством высоковольтного переключателя и заземлителя питающего источника.

Группа изобретений относится к генераторам ионов. В установке, генерирующей ионы, каждый из индукционного электрода (2) для генерации положительных ионов и индукционного электрода (3) для генерации отрицательных ионов сформирован как независимая часть и отдельно установлен на подложку (1) с использованием металлической пластины на расстоянии друг от друга.

Изобретение касается метеорологии и может быть использовано для сдвига и разрушения антициклонов в тропосфере. Устройство содержит генератор высокочастотного напряжения и присоединенную к нему систему коронирующих электродов, каждый из которых выполнен в виде соленоида с венчиком игл на концах, помещенных во внутренний нижний торец соленоидов.

Изобретение предназначено для сдвига и разрушения антициклонов в тропосфере. Способ включает длительное воздействие на атмосферу вертикальным восходящим конвективным потоком от системы излучателей, поднятых над Землей и разнесенных по площади, образуемым завихрением магнитным полем генерируемых коронирующими электродами ионов и их канализацией посредством соленоидов в каждом излучателе при пропускании через них тока коронирования и разогрева потока ионов электромагнитным полем на длине волны больше критической, для создаваемой плотности концентрации в объеме соленоидов за счет соосного их охвата элементами спиральной антенны с осевой результирующей диаграммой направленности.

Изобретение относится к устройству генерирования ионов и к электрическому устройству, снабженному устройством генерирования ионов. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для генерации заряженных частиц. .

Изобретение относится к озонаторному оборудованию и может быть использовано при производстве озонаторов для очистки питьевой и сточных вод, дезинфекции помещений, обработки семян и злаков и т.д.

Изобретение относится к аэроионификационной технике и предназначено для обогащения воздуха лёгкими отрицательными атомарными униполярными ионами кислорода. Воздушный ионизатор содержит источник питания, несущий элемент, например, воздуховод вентиляционной системы, коронирующий и некоронирующий электроды, причём коронирующий «электрод» выполнен из двух параллельных проволок, диаметр одной из которых не превышает 0,20 мм, подвешенной с помощью подвесок к другой укреплённой через изоляторы.

Группа изобретений относится к способу обработки поверхности подложки (28) при помощи коронного электрического разряда, к устройству для его осуществления и подложке, обработанной способом по изобретению.

Изобретение относится к способам формирования разрядов в атмосфере. Технический результат - повышение времени поддержания состояния разряда. Для этого предложен способ инициирования высоковольтных разрядов в атмосфере, в котором обеспечивают формирование канала электрического разряда между объектами, имеющими разные электрические потенциалы, напряженность поля между которыми близка к пороговой напряженности, при которой возникает электрический пробой, путем создания в области его предполагаемого размещения отрицательных ионов О2 - и накопления их до достижения стационарной концентрации, и поддерживают указанную концентрацию указанных ионов в течение времени, необходимого для развития разряда, и при этом создание и накопление ионов O2 - осуществляют с помощью воздействия на атмосферу в области предполагаемого размещения указанного канала импульсным лазерным излучением, обеспечивающим ионизацию молекул кислорода, с подачей излучения цугом импульсов с периодом следования импульсов в цуге, меньшим времени жизни отрицательных ионов O2 - в атмосферном воздухе, с длительностью каждого импульса в цуге от 1 пс до 10 нс, и подачу цугов импульсов осуществляют в течение времени, превышающего время жизни иона O2 - в атмосферном воздухе.

Изобретение относится к медицинской и санитарной технике для насыщения воздуха легкими отрицательными ионами. .

Изобретение относится к электронно-ионным технологиям и предназначено для использования при обработке поверхности, преимущественно, крупногабаритных и объемных изделий из полимерных материалов, с целью повышения поверхностной адгезии к красящим, клеящим и подобным веществам без существенного изменения физико-механических свойств материала.

Изобретение относится к устройствам создания систем микроклимата в жилых и производственных помещениях промышленного, медицинского, и сельскохозяйственного назначения, а также в любых других, где есть необходимость в ионизации воздуха, с использованием систем вентиляции и создания микроклимата.

Изобретение относится к устройствам для электрической ионизации воздуха в помещениях. .

Изобретение относится к области рассеивания тумана на контролируемой территории (аэродромы, автодороги, открытые площадки для проведения различных спортивных и зрелищных мероприятий и т.д.), где необходимо выполнение требований по прозрачности атмосферы и обеспечению дальности видимости, а также в устройствах фильтрации увлажненных газовых потоков.

Изобретение может быть использовано для защиты контролируемой территории от аэрозольного загрязнения. Генерируют коронный разряд в движущемся вдоль поверхности земли воздушном потоке с последующим поворотом направления его движения вверх. Генерацию коронного разряда предваряют прохождением воздушного потока над водной поверхностью, образуемой в водоеме, заблаговременно выполненном в области, прилегающей к устройству генерации коронного разряда. Система содержит устройства генерации ионного ветра с аэродинамическими отражателями. Устройства генерации коронного разряда выполнены в виде отдельных модулей. Модули установлены друг над другом в плоскости, пересекающей натекающий воздушный поток, со сдвигом каждого вышестоящего устройства относительно нижестоящего в сторону набегающего воздушного потока на величину δh*tgα, где 60°>>α>>30°, h≤3 – высота модуля. Система снабжена водоемом, выполненным с наветренной от устройства генерации коронного разряда стороны. Обеспечивается повышение эффективности формирования восходящего воздушного потока в условиях жаркого и сухого климата. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх