《LC播撒设备研制与播撒试验》由会员分享，可在线阅读，更多相关《LC播撒设备研制与播撒试验（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 1L C 播撒设备研制与播撒试验 陈保国 陈争旗 樊 鹏 何 军 郭强 陕西省人工影响天气中心陕西西安 7 1 0 0 1 5 摘 要 研制出一套适于陕西播云作业的液态二氧化碳L C 播撒设备开发 L C催化技术方法 通过试验得出最佳播撒速率提高作业效果根据播云作业需要提出技术指标并进行地面空中试验包括静态动态试验得出( 1 ) L C的纯度是决定喷撒质量的关键( 2 ) 当环境温度较高时 L C小粒子浓度较高谱型较窄当环境温度较低时粒子谱明显拓宽峰值浓度降低( 3 ) 地面使用 0 . 6 m m 喷头喷撒速率为 1 0 1 2 g / s 喷头距离激光束为 1 0 c m 时P M S粒
2、子测量系统检测到 L C粒子谱宽在 0 . 5 1 7 5 m之间小粒子平均总数密度为 1 4 6个c m3冰雪晶平均总数密度为 7 1 个L 陕西春秋季适宜催化的降水云系云体温度较高 L C 宜作为播云首选冷云催化剂多次播云催化试验均表明当播撒率为 1 0 g s 左右时 作业数分钟后机载 P M S 粒子测量系统和地面雷达检测到云物理响应参数 与云的本底值对比分析证明播撒 L C 有利于云水向雨水的转化催化效果较好 关键词: L C 设备研制 地面试验 空中试验 引言 我国人工影响天气工作自 1 9 5 8年以来在飞机增雨作业冷云催化中使用干冰液氮液态丙 烷碘化银A g I 等作为播云催化
3、剂使用干冰时通常是将液态二氧化碳转变成粉末状干冰 置入固定的容器中带上飞机进行播撒由于在常温常压下干冰容易汽化损耗较大加之收集干 冰过程耗时费工更重要的是粉状干冰的播撒剂量很难控制因此直接影响催化效果 鉴于 A g I 的晶体与冰晶的晶体十分相似且成核率高在- 1 0 时可达到 1 01 3个冰核是一种性 能优良的冷云催化剂近十年来许多省份常使用碘化银( A g I ) 进行过冷云催化但多年人工增雨 观测表明在春秋季一般情况下飞机在气温低于- 1 0 的区域进行作业的机率较低很难发挥 A g I的最大效益 1 因此针对陕西的降水云系特点需要寻求一种适宜播云作业的催化剂和配套 的播撒设备 2 0
4、 0 1 年陕西省人工影响天气中心引进了美国犹他大学福古塔教授美国 2 0 0 0 年人工增雨专利技 术 2 , 开展了 L C 的播撒设备研制和 L C 新催化技术研究并于 2 0 0 2 年起用于外场作业试验空中 地面试验均表明该项技术成果和播撒设备安全可靠 3 有广泛的应用前景 1 L C 播撒设备研制 C O2的分子量为 4 4 . 0 1 在常压下的升华温度为- 7 8 . 4 5当温度为- 5 6 . 4 2 , 压力达到 0 . 5 1 9 M P a 时气液固三相共存临界点t c = 3 1 . 1 6 , P c = 7 . 1 6 1 06P a ; 临界体积 V c =
5、9 4 m l m o l- 1 4 L C 是一种优良的致冷剂作为冷云催化剂使用时其核化机制不同于碘化银丙酮溶液属同质核化物 质播入云内数秒钟即会参与过冷水汽的同质核化过程由于 L C具有成核率基本不受温度水汽 和过冷水量影响的的特征且具有无毒无污染特点加之陕西春秋季飞机增雨作业多在1 0 以上温度区播云因而采用 L C 作为播云催化剂更为有利 为了研制适于陕西冷云催化的播撒设备陕西省人影中心与省气象装备中心联合开发了供机 载车载多用途的可调 L C 播撒设备播撒器支架长 1 2 0 c m , 宽 5 6 c m 净重 2 1 0 k g , 最 大夹角 1 8最小夹角 1 0可作 4 档
6、角度调整1 01 21 51 8还可水平放置使用当支 架角度为 1 8时最高点距地面高度 7 0 c m 瓶嘴距地面高度 1 2 c m 支架折叠水平放置时高度 2 9 c m 喷嘴部分在引进样品的基础上研制出直径为 0 . 2 0 . 4 0 . 6 和 0 . 8 m m 的单孔喷头双 2孔喷头和三孔喷头通过选用耐高压耐低温的特氟龙软管及内径为 2 3 4 和 6 m m 的铜质管材 解决了钢瓶与喷头之间的连接密封问题图 1 提高了播撒设备使用的可靠性 图 1 可调式液态二氧化碳播撒支架连接扣和不同直径的喷头 2 地面喷撒试验 2 0 0 1 2 0 0 3 年陕西省人影中心组织科研人员进
7、行技术攻关与西北大学航空航天部 4 1 所 等科研院所合作在西安临潼进行了 1 2 次室内外试验 2 1 室内试验 2 0 0 2年 2月2 0 0 3年 7月先后在西安北郊和临潼机场作了不同目的的静态和动态试验主要 试验内容有L C 性能测试撒播设备各管线接头连接密封试验L C 从 2 3 4 和 6 m m 直径的铜 质管材中和特氟龙导管内的通过能力试验不同纯度9 9 . 89 9 . 99 9 . 9 9的 L C 通过不同 规格喷头的喷撒剂量试验L C 钢瓶不同置放角度不同瓶压下的喷撒剂量试验和喷撒效果见表 1 表 1 室内外喷撒试验获取的数据和结果 试验时间 地点 试验主要内容目的
8、喷撒效果 0 2 0 2 0 5 西安北郊 内径 3 m m 4 m m 的铜质导管, 0 . 6 m m 喷头 4 m m 导管 L C 通过能力优于 3 m m 导管, 纯度 9 9 . 9 % L C 喷撒试验 喷头结冰 0 2 0 2 0 9 4 次 同上 瓶体倾斜置放 3 0喷撒试验静态试验 喷头压力小时易结冰影响播撒效果铜导管内径 2 m m 3 m m 4 m m 喷头 0 . 8 m m 0 2 1 2 1 3 临潼机场 动态试验车速 1 0 k m / h 0 . 6 m m 喷头 作业 2 0 m i n 后下风方 1 . 2 k m 处降 试验作业区域 1 k m 0 .
9、 2 5 K m , L C 用量 米雪持续 3 h 降雪范围约 4 0 0 k g , 播撒用时约 1 4 0 m i n 1 0 k降雪平均厚度 1 . 5 m m 每瓶喷撒速率约为 8 g / s 0 2 1 2 1 8 1 同上 动态试验车速 9 . 2 k m / h L C 钢瓶倾 1 6 m i n 喷撒 4 . 1 k g 即 斜置放喷口与地面夹角 1 4 . 30 . 6 m m 喷撒速率 4 . 2 7 g / s 喷头喷撒剂量试验 0 2 1 2 1 8 2 同上 A . 动态试验车速 9 . 2 k m / h L C 钢瓶倾 2 0 m i n 喷撒 5 . 6 k
10、g 即 斜置放喷口与地面夹角 2 6 . 2三孔 喷撒速率 4 . 6 g / s 0 . 7 m m 喷头喷撒剂量试验 B . 钢瓶水平置放喷口与地面夹角 0 5 m i n 喷撒 1 4 . 2 k g 即 无喷头试验 喷撒速率 4 7 . 3 g / s 30 2 1 2 2 3 北郊龙首村 静态试验L C 钢瓶倾斜置放喷口与 2 5 m i n 喷撒 1 9 . 3 k g 即 地面夹角 2 8, 0 . 6 m m 喷头喷撒剂量试验 喷撒速率 1 2 . 8 g / s 喷头 基本无堵塞现象 0 3 0 2 2 7 北郊龙首村 A . 喷嘴试验 L C 纯度 9 9 . 9 9 喷嘴
11、直径 正常密封好 0 . 6 m m T : 7 . 8 H : 2 m , 7 m i n B . 喷嘴试验 L C 纯度 9 9 . 9 9 喷嘴直径 正常密封好 0 . 2 m m m 美国锰钛合金 0 3 0 6 1 3 北郊龙首村 静态试验0 . 6 m m 喷嘴播撒速率试验 播撒时间 0 9 : 4 5 1 0 : 4 3 钢瓶水平置放 剂量 2 2 k g 速率 6 . 3 g / s 0 3 0 7 2 2 北郊龙首村 0 . 2 m m 美国, 0 . 4 , 0 . 6 , 0 . 8 m m 国产 各喷头喷撒正常无堵塞 喷头各喷 5 m i n 检查喷头密封性能 国产喷头
12、无旋转感喷头钢 片轻微变形接口间隙较大 需要生料带密封 在试验过程中发现导致喷头堵塞的主要原因是 LC 纯度不够钢瓶内含有水汽等杂质喷撒 时随 LC 一同喷出的水汽在喷头处会很快冻结采用高纯度的 L C 纯度 9 9 . 9 9可达到较理想的 播撒效果选择耐高压耐低温的材料作为钢瓶与喷头之间的连接管线连接管线的内径与钢瓶出 液口的内径相同也是保持钢瓶出液口与喷头压力均衡LC 顺利喷出的条件之一使用不同口径 的喷头可以控制和改变 LC 喷撒剂量由于钢瓶内的 L C 是以液态和气态两种形态存在 播撒时应将 钢瓶出液口降低高度出液口与地面夹角 1 0 1 5即可以便瓶内的气体上升到钢瓶尾部L C流
13、向出液口播撒时 L C能够顺利喷出从试验结果看各喷头喷撒正常密封好无堵塞喷撒速 率能达到设计要求 2 2 室外试验 2 0 0 2 年 1 1 月2 0 0 3年 2 月在多次室外试验中对 L C 播撒设备的性能进行了测试并对 L C 的催 化效果做了评估 2 2 1 L C 的粒子谱 于 2 0 0 3 年 1 2 月 2 6 日和 2 0 0 4年 1 月 5 日进行了室外检测 1 2 月 2 6 日晴天 试验区气温 2 . 9 4 . 5 1 月 5 日上午轻雾气温 1 . 3 左右下午晴气温 5 . 5 使用 P M S 粒子测量系统的 F S S P - 1 0 0 和 2 D -
14、C 探头分别测量 L C 在 0 . 5 4 7 m 2 5 8 0 0 m 范围内的粒子谱两探头均配备 抽气风扇 F S S P - 1 0 0 探头抽气速度约为 2 1 m / s2 D - C 探头抽气速度2 8 m / sL C 喷撒速率为 1 0 1 2 g / s 图 2 LC 粒子谱分布图 4用测得的 L C 粒子浓度作出粒子谱由图 2 A 可见 1 月 5 日 F S S P - 1 0 0 0 道 L C 谱型较宽2 4 7 m 各档均有测值其众数直径出现在 8 1 7 m 之间平均数密度 1 6 . 4 7 1 9 . 2 1 个c m3 峰值直 径 1 1 1 4 m 数密度 1 9 . 2 1个c m3检测的平均总数密度为 1 4 6个c m3图 2 B 2 D - C测得 L C 平均谱宽小于 1 5 0 m 峰值直径出现在 2 5 5 0 m 数密度 4 9 . 5 5 个L 检测的平均总数密度为 7 1 个L由 2 D - C 给出的 L C 粒子二维图像清楚的反映出直径 2 5 5 0 m 的 L C 粒子均呈球形 图略 图 3 不同气温 LC 粒子谱的比较图 从地面试验资料分析可看出当喷撒剂量相同均为 0 . 6 m m喷头喷洒距离相同喷头距离 激光束均为 1 0 c m 时环境温度较高时小粒子数密度较高谱较窄见图 3 A
