Лабораторная установка для определения эффективности пиротехнических составов гигроскопического аэрозоля

Р. Г. Каримова, Н. Е. Тимофеев, И. А. Абдуллин,

А. В. Турцев

ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ СОСТАВОВ ГИГРОСКОПИЧЕСКОГО АЭРОЗОЛЯ

Ключевые слова: лабораторная установка, пиротехнический состав, гигроскопический аэрозоль. laboratory installation, pyrotechnic structure, hygroscopic an aerosol.

Установка для определения эффективности пиротехнических составов гигроскопического аэрозоля (ПСГА) при воздействии на теплые облака и туманы.

Performance facility for the pyrotechnic composition of a hydroscopic aerosol by the action upon warm clouds and mist.

Возможности воздействия на теплые облака и туманы с целью их рассеивания ограничены тем, что в них отсутствует потенциальная фазовая неустойчивость, характерная для переохлажденных аэрозолей, они коллоидально устойчивы, так как состоят из мелких капель, размеры которых мало отличаются друг от друга. Для нарушения устойчивости в облако или туман необходимо ввести гигроскопические вещества понижающие парциальное давление насыщенного водяного пара над раствором. Если мелкие частицы гигроскопических веществ ввести в туман, они будут поглощать водяной пар, в результате влажность понижается, а капли тумана станут испаряться — оптическая плотность тумана изменится. В облаках гигроскопические частицы вырастают до таких размеров, что далее в результате коагуляции с облачными каплями могут превратится в частицы осадков [1].

В качестве гигроскопических реагентов обычно используют распространенные вещества NaCl (поваренная соль), СаСЬ-НгО (кристаллогидраты хлористого кальция) и другие соли. В Южной Африке были проведены успешные эксперименты по засеву конвективных облаков мелкими гигроскопическими частицами. В настоящее время такие исследования проводятся в Африке, Индонезии, Мексике, РФ.

Весьма эффективным способом внесения в облако таких веществ являются пиротехнические составы гигроскопического аэрозоля. К пиротехническим составам гигроскопического аэрозоля предъявляются следующие требования [2]:

- количество аэрозольных частиц, получаемых с 1г гигроскопического реагента

1 1

(вещества), должно быть не менее 5-10 ;

- оптимальна температура продуктов сгорания (1800-2000 К);

- ПСГА в процессе горения должен генерировать гигроскопический аэрозоль, обеспечивающий понижение относительной влажности среды не менее чем до 75% в диапазоне температур от 0 до +20°С;

- размер частиц гигроскопического аэрозоля 0,3-1,0 мкм;

- количество частиц размером менее 0,3 мкм должно быть минимальным;

- используемые вещества должны быть доступны и экологически безопасны.

В настоящее время в стране имеется два вида экспериментальных установок для исследования малогабаритных (ЦАО, г. Долгопрудный, Московской области) и полноразмерных образцов пиросоставов из ПСГА (НПО «Тайфун», г. Обнинск, Калужской области), которые сложны по конструкции, дороги, недоступны и т.д.

Нами предлагается лабораторная установка для предварительного определения эффективности составов генерирующий гигроскопический аэрозоль (рис. 1) [3,4,5].

Рис. 1 - Схема лабораторной установки для определения эффективности составов генерирующий гигроскопический аэрозоль: 1 - холодильная установка; 2 - климатическая камера; 3 - смотровое окно из оргстекла; 4 - светоприемник; 5 - милливольтметр; 6 - источник света; 7 - термостат; 8 - прибор, регистрирующий температуру охлаждающей жидкости; 9 - змеевик; 10 - хладоагент; 11 - термометр и психрометр; 12 -вытяжная вентиляция; 13 - дверь холодильной установки; 14 - дверь климатической камеры; 15 - парогенератор; 16 - электроподжиг; 17 - столик для испытуемого образца

Для такой установки необходимо создание климатических условий, при которых будет образовываться туман. С помощью парогенератора (поз.15) создаются необходимые условия, влажность, температура, давление.

Для поддержания температуры от 00С до 200С климатическую камеру (поз.2), поместили в холодильную установку (поз.1) и подсоединили жидкостный термостат (поз.7) с хладоагентом (поз.10). Регистрация температуры производится термометром (поз.11) установленным внутри климатической камеры (поз.2). Изменение влажности в камере регистрируется психрометром (поз.11). Давление в камере атмосферное.

Внутри камеры размещен прибор для измерения рассеяния излучения (излучатель, приемник, милливольтметр (поз.4,5,6)), который регистрирует изменение процессов в камере.

Экспериментальная часть

Включить холодильную установку (поз.1, рис.1) и жидкостный термостат (поз.7), при этом идет процесс охлаждения климатической камеры (поз.2). Внешняя поверхность климатической камеры снабжена змеевиком (поз.9) с хладоагентом (поз.10). Термостат (поз.7) при заданной температуре (на приборе регистрирующий температуру охлаждающей жидкости (поз.8)) охлаждает камеру (поз.2). Холодильная камера (поз.1) дает дополнительное охлаждение. После достижения необходимой температуры (поз.11) в камере (поз.2), открываем двери холодильной установки (поз.13) и климатической камеры (поз. 14) (в дверях имеются смотровые окна из оргстекла (поз.3)). На рабочем столе (поз.17) устанавливаем испытуемый образец массой 0,5г. Закрываем двери (поз.13,14). Оснащаем камеру паром при помощи парогенератора (поз.15), температура (поз.11) в камере (поз.2) изменяется на 70С, влажность в камере изменяется от 30% до 90% (поз.11). Прибором для измерения рассеяния излучения аэрозоля (поз.4,6) снимаем показания с милливольтметра (5).

Воспламенение состава производится дистанционно с помощью нагреваемого электрическим током нихромовой проволоки (поз.16). Фиксируем время горения состава по секундомеру, снимаем показания с милливольтметра (поз.5) каждые 30 с в течение 2 мин, далее показания при 5 мин.

Включаем вытяжку (поз.12) до полного освобождения камеры от аэрозоля.

В ходе эксперимента определяется:

- устойчивость аэрозольного облака при заданных температурах и влажности (замеры с милливольтметра каждые 30 с на протяжении 2 мин и показания при 5 мин);

- коэффициент просветления тумана.

Обсуждение результатов

Качественно способность просветления (СП) может характеризоваться падением интенсивности луча света, проходящего через слой аэрозоля.

Количественно способность просветления определяют по формуле:

СП = К • W / ин,

где К - коэффициент просветления тумана; W - объем камеры, м ; ин - навеска сжигаемого состава, г.

Коэффициент ослабления определяется из соотношения:

к = и / и

где и - интенсивность света, проходящего через слой тумана (до сжигания пиротехнического состава (ПС)); и - интенсивность света, проходящего через слой тумана с аэрозолем (после сжигания ПС);

Интенсивность луча света определяется с помощью светоприемника (фотоэлемент) и регистрирующего прибора (милливольтметр).

Источником света взята электрическая лампа накаливания. В виду того, что в формуле для вычисления СП берется отношение ио/и, градуировать прибор нет необходимости.

Таким образом, замеряя интенсивность пучка света через определенные промежутки времени после сжигания, можно установить изменение способности просветления во времени. Рекомендуется определять и через 30, 60, 90, 120, 300 с после сжигания.

По существу стойкость аэрозольного облака характеризуется изменением СП во времени, поэтому ее можно считать качественным показателем. По характеру кривой интенсивности по времени (рис. 2), можно делать сравнительные заключения относительно эффективности разных составов гигроскопического аэрозоля.

Рис. 2 - Изменение коэффициента просветления тумана по времени при температуре

30С

С учетом данных метрологической обработки ошибка эксперимента составляет 5%.

Чем выше коэффициент просветления тумана во времени, тем эффективнее состав гигроскопического аэрозоля.

Заключение

Создана лабораторная установка и отработана методика проведения эксперимента для исследования пиротехнических составов генерирующих гигроскопический аэрозоль. Установка позволяет с достаточной точностью, оперативностью оценивать эффективность рецептур пиротехнических составов гигроскопического аэрозоля.

Литература

1. Бикряев, В.И. Гидрометеорология: Практикум по физическим основам воздействия на атмосферные процессы / В.И. Бикряев. - Ленинград: Гидрометеоиздат,1991.-120с.

2. Исследование возможности создания гигроскопических аэрозолей для средств активного воздействия на облака с целью искусственного вызывания осадков: отчет о НИР (итоговый) / Раздел филиала ГГО-НИЦ ДЗА; исполн.: ЦАО [и др.]. - Сергиев - Посад, 2000. - 25 с.

3. Розенберг, В.И. Физика: Рассеяние и ослабление электромагнитного излучения атмосферными частицами / В.И. Розенберг. - Ленинград: Гидрометеоиздат,1979. - 165с.

4. Хргиант, А.Х. Гидрометеорология: Физика атмосферы / А.Х. Хргиант. - Ленинград: Гидроме-теоиздат,1969. - 230с.

5. Качурин, Л.Г. Кинетика фазовых переходов воды в атмосфере / Л.Г. Качурин, В.Г. Морачев-ский. - Ленинград: Гидрометеоиздат,1965. - 480с.

© Р. Г. Каримова - асп. каф. химии и технологии гетерогенных систем КГТУ; Н. Е. Тимофеев -д-р техн. наук, проф. той же кафедры, Б-таП:каптоуа@к81и.т; И. А. Абдуллин - д-р техн. наук, проф. той же кафедры; А. В. Турцев - асп. той же кафедры.