专利名称：人工影响天气的超声速气流致冷核化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及气象设备类，特别涉及一种人工影响天气的超声速气
流致冷核化装置尤指一种人工增减水(附、雷)及防雹、防雷、生 消云雾的人工影响天气的超声速气流致冷核化装置。
背景技术：
众所周知，民以食为天，人类要生存，除阳光、空气、水之外、 要吃食物，而作为食物主要来源的农业生产受自然灾害的影响，尤其 是干旱、冰雹、霜冻、台风等气象灾害直接影响粮食的生产安全特 別是近代气候的变化引起的突发性严重灾害频发，给工农业生产及国 民经济发展造成严重的危害，尤其是对人类生产和生活造成T刺影 响，生态环境A恶化，使得水资源匮乏，因此人类进行了改造大^然 的人工影响天气活动，目前人工增减雨雪、防雹、防雷、防霜冻、生 消云雾等人工影响天气活动中，对产生这些矢气现象的云雾的影响， 主要是对其微结构进行影响，使其中水的气态、液态、固态三相加快 相态演变，当过冷的液态水滴结晶后，其冰面饱和水汽压比液态水面 小，从而使冰晶迅速增长，使云粒子快速变成降水雨滴，同时释放出 潜热，潜热又会促使云雾的发展，从而改变云雾的宏观结构，达到人 工影响天气的目的；现代人工影响天气已有六十多年的历史，迄今通 过在冷云中播撒千冰和催化剂的方法来达到增加降水的目的，其效果 是肯定的；由H吏用的干冰存在运输和je存闲难，而使用催化剂也存 在渚多缺点，如碘化银价格昂贵，而介乙醛、CuS等的成冰性能差， li有一定莓性，因此寻求—-种使云粒子核化的非催化新力'法是急待要 解决的课题。
发明的内容本发明的目的是提供-'种人工影响天气的超声速气流致冷核化
装置，解决了常用人工影响天气存在的干冰运输和贮存的困难；使用 催化剂价格昂贵且有一定毒性的缺点，该装置对云雾相变影响效能 高、经济实用、节能环保；
本发明的技术方案是促使云中的三柑演变，主要有两种核化机 理， 一是同质核化；二是异质核化。同质核化是利用制冷剂，将温度 降至同质核化温度，云粒子和水汽即可冰晶化；异质核化是在云雾中 播撒与冰晶结构相似的晶体物质，使其过冷云雾粒子、水汽冰晶化 同质核化成冰的阈温值较高，成核率不是很高，而且核化作用时间较 短，无再生核化现象，并且像千冰等致冷装置，贮存、运输较困难； 异质核化性质随物质晶体结构、粒子尺度大小、形状、理化性质，衮 面特征有关，成冰的阈温值曾遍较髙，成核率也较髙，-.ioic时可达 10^ 10n个/克，-20"€时可达到1015 10，6个/克，冰核有快,、Jf核
之分，并有多次核化再生现象，核化作用时间较长；
本发明克服以上两种核化机理的不足之处，利用超声速气流的激 波和膨胀波致冷效应，使云雾冰晶化；同时采用异质晶种物质产生的 气溶胶，双重影响云雾粒子相变，既提高了成冰晶的阈温值，义提髙 成核率，有多次核化再生现象，延长作业影响时间，是一种人工影响 天气作业的创新；
经实验证明，当封闭的气体在高压突然爆发，气体以超声速速度 运动时，会产生激波和膨胀波，在超声速气流的膨胀波中，气休猛烈 膨胀，在有的郁位，甚至可接近真^，膨胀波能使气体剧烈绝热降温， 从而产生冰胚；这就是超声速气流"卩马赫数M>1)的致冷核化效 应。设气流经膨胀波时的温度为T，与其超声速气流的马赫数M的
T"T。/ f I Hl. 2if"T。为总温(或称滞止温度>
:—VlV-273K ,『1时T: 45'C Q低于水汽核化温度 ""C、;If-2时 T=-120t:， M-3时 T=-176'C 当MM时，超声速气流在-rC -17TC的过冷云雾中产生大量冰 晶，在-8C使每升空气产生的冰晶为10" 1012量级，是一种经济有 效的催化冷云雾的方法，利用取之不尽、用之不竭、不花分文的地面 高空随处都有的空气为原料，对云雾和大气又无污染，是一种既经济. 又环保的措施。
本发明的结构是由电源与商压气泵、智能控制器、气溶胶发生器 栢连接而气溶胶发生器与气溶胶储备罐、流量调节器及气溶胶^ 安全气溶胶管相连接，并向播撒器中的气溶胶室供人造冰晶核'；高压 气泵与气压表、高压气储气罐、调压器及超声速气流喷头用髙压管相 连接，并向播撒器中的超声速气流喷头中供高压气流，产生MM的超 声速气流的致冷核化效应；可使大气中冰核和人造冰核在负一百度低 温条件下基本都能核化智能控制器与电源相连接，,并控制,每胶发 生器、流量调节器、温度传感器、调压器、气压表及高压气^。
其中智能控制器是由，央处理器、预置通信接口 、键盘显示接口 、 A/D转换单元、数字量输出接口、 E卞ROM存储器、温度传感器组成， 智能控制器的中央处理器与预置通信接口、键盘显示接口、 A/D转化 单元、数字量输出接口、妙R0M存储器、ag传感器联结在E，K0M 存储器中存有多种操作程序、模式，所谓的操作程序包括产生超声速 气流的高压气泵、流量调节器和气溶胶发生器、调压器预置的操作程 序和控制程序；中央处理器通过键盘显示接口与输入键盘和本地显示 单元联结，通过A/D转换单元与气压表气压检测单元、流量调节器流 量检测单元、调压器气压检测单元和Mjg传感器温度检测单元联结， 从而分别接收高压气泵、气压表、调压器的气压、温度传感器的温度、 流量调节器的流量检测信号；
髙压气泵、流量调节器、温度传感器为公示商品；
气溶胶发生器，采用超声波雾化器，高速气流粉碎机，高温燃烧炉和焰剂燃烧罐均可作发生源；播撒器是由流线形整流罩、气溶胶室、 活化腔、温度传感器、超声速气流喷头构成，其中高压气管与超声速 气流喷头的高压接头相连，气溶胶管与气溶胶室相连通；在活化腔中 有温度传感器及超声速气流喷头，超声速气流喷头是由高压接头，膨 胀腔和喷板构成，在圆弧形喷板上设有多个均布的小喷嘴，每个小喷 嘴是由抛物线形收敛段、喷喉、扩散段组成，当高压气休从调压器流 经喷头的高压接头，进入膨胀腔，使气体膨胀加速，然后经过喷板上 的小喷嘴的收敛段、喷喉和扩散段，再次加速形成超声速气流，所产 生马赫数AM 3的超声速气流，可使温度降至-4(TC -t76r,使大 气冰核、水汽和气溶胶中的冰核形成冰坯和冰晶粒子，达到对云雾粒 子的核化作用。
本发明的优点是结构简单、经济实用、高效环保，对云雾可长期 持续影响，不受原木才料限制，只要有空气的地方都町以对云雾进行人 工影响的作业。
图l为本发明的结构示意图2为本发明的智能控制器及外围争元机构示意图3为本发明的播撒器结构剖视示意图
图4为本发明的超声速气流喷头结构剖视示意图5为本发明的超声速气流喷头A-A剖视示意图6为本发明实施例程序流程示意图
具体实施例方式
如附图I所示，本发明是由电源1 、气溶胶发生器2、气溶胶储 备罐3、流量凋节器4、播撒器5、气溶胶室SK活化腔52、温度传 感器53、超声速气流喷头54、调压器6,离'压储气罐7、气压表8、 高压气泵9、臀能控制器iO,所构成，其中电源l与气溶胶发生器2、 高压气泵9、智能控制器川连接，为其供电；智能控制器u还与电源l、气溶胶发生器2、高压气泵9、流量调节器4、调压器6、气压 表8及温度传感器53连接，控制其操作程序；播撒器5与流量调节 器4;调压器6及温度传感器53连接，通过超声速气流喷头54、气 溶胶室51和活化腔52及温度传感器53产生许多人造冰晶核对云雾 粒子进行核化作用影响，达到人工影响天气的目的。
如附图2所示，智能控制器10是由预置通信接口33，中央处理 器34、键盘显示接口 35、A/D转换单元36、数字量'输出接口 37、E卞K0M 存储器26所构成，外围各单元通过Jd^各构成部分与中央处理器34 连接其中智能控制器'10的中央处理器34分别与预置通信接口 33、 键盘显示接口35、 A/D转换单元36、数字量输出接口37、 E，ROM存 储器26联结；EfPROM存储器26内存有高压气泵操作程序，气溶胶发 生器操作程序，流量调节器的操作程序，凋压器的操作程序和Mjg传 感器的操作程序；
智能控制器10的中央处理器34通过键盘显示接口 35与输入键 盘24和本地显示单元25联接，通过A/D转换单元36与流量调节器 流量检测单元20、气压表气压检测单元21、调压器气压检测单元22 及温度传感器温度检测单元23联接，从而分别接收高压气泵9、气 压表8，调压器6的气压检测信号、温度传感器53的温度检测信号， 流量调节器4的流量检测信号；通过数字量输出接口37分别与温度 传感器控制单元27、气溶胶发生器控制单元28、流量调节器控制单 元29、髙压气泵工作控制单元30，调压器气压控制单元31及关断控 制单元32联接，达到控制的目的；
如附图3至附图5所示，本发明的播撒器5是由整流翠壳51:气 溶胶室5K活化腔52、温度传感器53、超声速气流喷头54构成， 其中髙压气管ll与超声速气流喷头54的高压接头542相连接向膨胀 腔供高压气；气溶胶管12与气溶胶室51相连通，向气溶胶室供气溶 胶在活化腔中设有温度传感器53及超声速气流喷头54，超声速气流喷头54是由高压接头542、膨胀腔543和圆弧形喷板541构成， 其中圆弧形喷板541上设有多个均布的小喷嘴544，每个小喷嘴544 是由抛物线形收敛段545、喷喉546、扩散段547组成当高压气体 从调压器6流fe喷头54的高压接头542进入膨胀腔543，使其一级 膨胀加速，然后经过喷板541上的小喷嘴544的收敛段545，喷喉546 和扩散段547再次加速形成超声速气流，能产生马赫数M=l 3的超 声速气流，降温可达-40t: -176C;气溶胶发生器通过控制超声波 振动频率与功率、髙速气流速度及燃烧温度来调节、改变气溶胶粒子 尺度，可形成粒子尺度10° 10anm的气溶胶。
如附图2及附图6所示，本发明的工作流程如下智能控制器 IO对状态、输入、输出、提示等进行控制，开机后，
经歩骤110:智能控制器10的中央处理器34对各单元进行初始 化设置；
经步骤120:进入自动/手动选择接口若在该步骤中选择手动
经步骤130:执行输出气压P、温度T、流量L设置，智能控制 器10通过数字量输出接口 37控制数字电位器，调节VIVOR电源模块 相关电阻的方法调节VIVOR电源模块输出电压达到控制气溶胶发生 器和高压气泵的电压、电流和气压，从而产生各种尺度和流量的气溶 胶，以及不同超声速气流速度的马赫数M和相应的核化温度T。
经步骤140:进行温度T、流量L、气压P选择'由键盘设置调 节控制仪器输出以上信号；
智能控制器10通过数字量输出接口 37输出皿范围-40'C -丄761C。气压3 12atm (大气压)流量10°l/min 103l/min。
智能控制器IO，通过数字量输出单元37控制数字电位器，数字 电位器采用美国Xicor公司X系列非易量失性数字电位器，将数字量 信号转变成相应的电压信号，用于设定传感器温度、调压器气压、流 量调节器流量；通过数字PTD控制算法，控制超声速气流马赫数M、
9温度T和气溶胶发生器产生的气溶胶尺度和流量L在设定值范围内； 经步骤150:设置工作时间；
经步骤160:调整温度T、气压P和流量L，通过调节X103数字 电位器对温度T、气压P、流量L进行控制；
经步骤170:判断是否达到设置要求，若未达到设置要求，返回 歩骤160继续调整，达到设置要求；
经步骤180:开始工作，接通电源开关,启动气压、温度和流量 控制程序；中央处理器34通过模拟量输入单元(A/D转换单元)接 收流量调节器流量检测信号，气压表气压检测信号，调压器气压检测 信号，温度传感器温度检测信号，所述温度控制、齓度传感器(选用 AD590系列)，由相同比例运转电路对温度信号进行放大与调节，以 满足A/D转化单元的采样要求，通过数字PID控制算法调节数字电位 器X9C103，进而控制VIVOR模块的输出电压，达到控制温度传感锤 温度在设定控制范围内；通过动态控制VIVOR电压，使其达到最佳工 作状态；
经步骤190:判断工作时间是否到,若未到达设置工作时间，则继 续等待；
经步骤200:停止工作操作程序；
经步骤210:存储工作操作程序资料,判断是否保存操作程序数 据,若不保存则关机结束；
经步骤220:智能控制器10的E，ROM存储器26内存多种操作程
序，其中存有人工影响天气播撒作业操作程序所需的超声速气流有关 的气压P、马赫数M，气溶胶流量L、温度T的有关数据
经步骤230:关机；
经步骤240:结束操作；
若经歩骤120选择自动，经步骤125，进入操作程序模式的选择， 澡作.程序确定后，执行歩骤160，然后在进行以后的步骤。
权利要求
1、人工影响天气的超声速气流致冷核化装置，其特征在于是由电源与高压气泵、智能控制器、气溶胶发生器相连接；而气溶胶发生器与气溶胶储备罐、流量调节器及气溶胶室用安全气溶胶管相连接，并向播撒器中的气溶胶室和活化腔供人造冰晶核；高压气泵与气压表、高压气储气罐、调压器及超声速气流喷头用高压管相连接，并向播撒器中的超声速气流喷头供高压气流并在话化腔中产生M>1的超声速气流；播撒器是由流线形整流罩内的气溶胶室、超声速气流喷头、活化腔及温度传感器构成，而话化腔是抛物线钟形罩；智能控制器与电源相连接，并控制气溶胶发生器、流量调节器、温度传感器、调压器、气压表及高压气泵。
2、 按照权利要求i所述的一种人工影响天气的超声速气流致冷 核化装置，其特征在于所逑智能控制器是由中央处理器、预置通信接 口、键盘显示接口、 A/D转换单元、数字量输出接口、 fi，R0M存储器、 M传感器构成，其中，智能控制器的^央处理器分别与预置通信接 口、键盘显示接口， E卞RQM存储器、A/D转换单元、数字量输出接'口、 旨传感器连接。
3、 按照权利要求2所述的.一种人工影响天气的超声速气流致冷 核化装置，其特征在于智能控制鞋的中央处理器通过键盘显示接口与 输入键盘和本地显示单.元连接；通过A/D转换单元与气压表气压检测 单元、流量调节器流量检测单元、调压器气庄检测单元和蕴度传^H 温度检测单元联结r而分别接受高压气泵，气压表、调压器的气压、 温度传感器的M、流量调节器的流量检测信号；通过数字量输出接 口分别与温度,感器控制单元、气溶胶发生器控制单元、流量调节器 控制单元、高压、泵工作控制单元、调压器气压控制单元、关断控制 单元相连接。
4、 按照权利要求1所述的一种人工影响天气的超声速气流致冷. 核化装置，其特征在亍所说的播撒器是由流线形整流軍、气^#胶室、 活化腔、温度传感器、超声速气流喷头构成，其中话化腔是抛物线钟 形罩，超声速气流喷头的高压接头通过高气管与调压器相连通，气溶 胶室逋过气溶胶管与流量调解器相连通，在活化腔中设有温度传感器及超声速气流喷头，超声速气流喷头是由高压接头、膨胀腔和圆弧形 喷板构成，在圆弧形喷板上设有多个均布的小喷嘴，每个小喷嘴是由 拋物线形收敛段、喷喉、扩散段组成，采用抛物线形拉瓦尔小喷嘴以 获得马赫>1的超声速气流及其致冷核化效应n
全文摘要
本发明是一种人工影响天气的超声速气流致冷核化装置，属于气象设备类；它是由电源、气溶胶发生器、气溶胶储备罐、流量调节器、气溶胶室、活化腔、温度传感器、超声速气流喷头、调压器、高压储气罐、气压表、高压气泵所组成，通过智能控制器控制气溶胶发生器流入播撒器中气溶胶室气溶胶的流量，再通过高压气泵将高压气体经调压器输入播撒器中的超声速气流喷头，形成M＞1的超声速气流的致冷核化效应，在活化腔内形成人工冰晶核，对云雾粒子进行核化作用；优点是在人工影响天气作业中，超声速气流所用材料是取之不尽、用之不竭、无需成本的大气，经济实用、节能环保，对云雾相变影响效能高、不受时间、空间限制，可持续稳定的进行人工影响天气作业。
文档编号A01G15/00GK101480157SQ20091006656
公开日2009年7月15日 申请日期2009年2月24日 优先权日2009年2月24日
发明者张景红, 张永连, 熊尚清 申请人:金德镇