Искусственная кристаллизация в переохлажденных облачных средах

• Автор: Ким, Николай Сергеевич
• Шифр специальности: 04.00.23
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Обнинск
• Количество страниц: 271 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОБРАЗОВАНИЕ ИСКУССТВЕННЫХ ЛЕДЯНЫХ КРИСТАЛЛОВ В ПЕРЕОХЛАЖДЕННОЙ ОБЛАЧНОЙ СРЕДЕ
1.1. Гомогенное образование ледяных кристаллов
1.2. Механизмы нуклеации льда на льдообразующих аэрозолях
1.3. Зависимость льдообразующих свойств частиц от их физикохимических характеристик
1.4. Методы и технические средства, применяемые для исследования характеристик льдообразующих аэрозолей
2. НУКЛЕАЦИЯ ЛЬДА НА АЭРОЗОЛЬНЫХ ЧАСТИЦАХ
2.1. Роль адсорбции в нуклеации льда из пара
2.2. Необходимое условие гетерогенной нуклеации льда
2.3. Связь размера активных льдообразующих ядер с влажностью
2.4. Влияние влажности на количество льдообразующих ядер в аэрозоле
2.5. Стохастическая нуклеация льда аэрозолями
2.5.1.Образование льда на совокупности активных центров
2.5.2. Влияние параметров поверхности и температуры на вероятность кристаллизации
2.5.3. Пороговая температура кристаллизации
2.5.4 Стохастическая нуклеация льда на аэрозольных ядрах
3. АКТИВАЦИЯ ЛЬДООБРАЗУЮЩИХ АЭРОЗОЛЕЙ
3 1. Влияние стационарных и кратковременных пересыщений водяного
пара
3.2. Льдообразующая активность частиц сложной структуры
3.3. Роль гигроскопических включений на поверхности частицы
4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТЕРМОКОНДЕНСАЦИОННОГО ФОМИРОВАНИЯ ЛЬДООБРАЗУЮЩИХ АЭРОЗОЛЕЙ
4.1. Термоконденсационное формирование аэрозолей низколетучих
веществ
4.2. Выбор уравнений для описания процесса образования аэрозолей
4.3. Уравнения для описания кинетики смешения
4.4. Основные параметры процесса формирования льдообразующих

ядер
4.5. Результаты численных расчетов величины N выхода активных льдообразующих ядер
4.6. Требования к методикам экспериментального исследования искусственных льдообразующих частиц
5. МЕТОДИКИ И АППАРАТУРА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СРЕДСТВ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ПЕРЕОХЛАЖДЕННЫХ ОБЛАКОВ
5.1. Методика 1 и аппаратура для исследования полноразмерных генераторов льдообразующих аэрозолей при моделировании
скоростей их движения до 100 м/с
5.1.1. Выбор и общее описание методики при исследовании
генераторов в воздушном потоке
5.1.2. Распределение концентрации аэрозоля в сечении отбора пробы
5.1.3. Система разбавления пробы аэрозоля и камера смешения
5.1.4. Ошибки измерения величины выхода
5.1.5. Методика и аппаратура для определения дисперсности льдообразующих частиц
5.2. Методика 2 и аппаратура для исследования генераторов в переохлажденном двухфазном потоке
5.2.1. Обшее описание методики
5.2.2. Моделирование облачной среды в ГАТ
5.2.3. Характеристики тумана в облачной камере смешения
5.2.4. Влияние характеристик тумана на результат измерения
5.2.5. Система отбора проб
5.2.6. Влияние процедуры разбавления на результат измерения
5.2.7. Оценка погрешности измерения
5.3. Методики исследования эффективности генераторов при скоростях движения до 600 м/с
5.3 .1. Методика 3 и аппаратура для испытания генераторов при
скорости до 250 м/с
5.3.2. Оценка погрешности измерения
5.3.3. Методика 4 и аппаратура для испытания генераторов при
скорости до 600 м/с
5.4. Аппаратура для моделирования искусственного льдообразования в

атмосфере
5.4.1. Облачная камера с непрерывным поддержанием переохлажденного тумана
5.4.2. Термодиффузионная камера
6 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ИСКУССТВЕННЫХ
ЛЬДООБРАЗУЮЩИХ ЯДЕР
6.1. Дисперсность льдообразующих частиц
6.2. Снижение пороговой температуры при увеличении дисперсности аэрозоля
6.3. Влияние растворимых солей
6.4. Влияние газообразных примесей на льдообразующие свойства
частиц
6.5. Влияние газообразных выбросов в атмосферу на льдообразующую активность аэрозолей
6.6. Агрегация ледяных кристаллов
7. ЭФФЕКТИВНОСТЬ СРЕДСТВ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ
ПЕРЕОХЛАЖДЕННЫХ ОБЛАКОВ
7.1. Пиротехнические генераторы
7.2. Эффективность самолетного ацетонового генератора
7.3. Генераторы органических льдообразующих аэрозолей
7.3.1. Тепловые генераторы органических льдообразующих аэрозолей
7.3.2. Пиротехнические генераторы аэрозолей ААМ
7.4. Источники ледяных кристаллов на основе хладореагентов
7.4.1. Стационарные генераторы на основе хладореагентов
7.4.2. Генерация ледяных кристаллов пористыми гранулами, пропитанными жидким азотом
7.5. Соответствие характеристик применяемых технических средств искусственной кристаллизации методикам воздействия
7.6 .Кинетика проявления льдообразующей активности аэрозолями
7.7. Основы разработки средств искусственной кристаллизации
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

постановка физического моделирования процесса генерации в лабораторных условиях. Поскольку в настоящее время до конца невыяснены критерии такого моделирования, то экспериментаторы идут по пути создания условий для изучения полноразмерных генераторов. Такие исследования проводились либо непосредственно в атмосфере /145, 268/, либо для испытаний использовались аэродинамические трубы различного типа, которые дополнялись камерами с модельным переохлажденным облаком/267, 208, 161, 229, 246/.
Испытания в атмосфере связаны с большими техническими трудностями и имеют большую погрешность измерения. Поэтому большее предпочтение отдается аэродинамическим трубам из-за строгой контролируемости условий измерения и возможности проведения массовых испытаний. В первых работах /246, 267/ исследовались характеристики генераторов, устанавливаемых на борту самолета и использующих ацетоновые растворы AgJ. В этих экспериментах аэродинамическая труба использовалась только как источник чистого воздуха для разбавления высокой начальной концентрации аэрозоля и при скорости потока 10 м/с такая методика не могла моделировать реальные условия функционирования генератора.
Исследования генераторов в аэродинамических трубах позволяют получать объективную информацию об эффективности действия конкретного генератора. Однако задача оптимизации режима генерации льдообразующих аэрозолей остается нерешенной, хотя после таких экспериментов появились отдельные указания о возможных путях ее решения. В частности, интересным фактом является определенная экспериментально зависимость выхода N от скорости обдува генератора воздушным потоком /208, 267/. Как оказалось, при увеличении скорости воздушного потока от 2 до 60 м/с величина N для аэрозолей AgJ возросла примерно в 10 раз. Такая зависимость выхода активных частиц от скорости потока предполагает существенное изменение параметров, от которых, с точки зрения термодинамики гетерогенной нуклеации льда, зависит величина N. Как указывалось выше, такими параметрами являются размер частицы и ее физико-химические характеристики.
Изменение размеров образующихся частиц при изменении скорости движения генератора находит убедительное подтверждение во многих экспериментальных исследованиях. В /251/ проведены испытания генераторов на основе ацетоновых растворов AgJ и пиротехнических генераторов, в которых иодид серебра