专利名称：一种测量气溶胶发生剂成核成冰性能的方法
技术领域：
本发明涉及一种测量气溶胶发生剂成核成冰性能的方法，属于人工影响天气技术领域。
背景技术：
人工降雨、人工消雹等人工影响天气技术已在社会生活生产中广泛应用。其原理是利用碘化银气溶胶发生剂在冷云层中产生大量的碘化银晶粒，因碘化银晶体结构与冰的晶体结构最为相似，水汽会以碘化银晶粒为核形成冰晶，这些冰晶通过伯杰龙过程迅速增长，就会促进冷云降水过程。引入的碘化银晶核越多，人工干预的效果就越好。成核率就是反映碘化银气溶胶发生剂冷云催化能力的一个概念，即每克碘化银所能产生的冰晶个数。人工降雪、人工干预冻雨等人工影响天气作业的目的是为了把云层中的水汽变为雪花或小冰粒的形式，形成固态降水。此时成核率这个概念就不能很好地反映气溶胶发生剂冷云催化成核成冰的能力。为此，我们提出了一种测量气溶胶发生剂成核成冰性能的方法，不但能够检测以碘化银为催化剂的气溶胶发生剂的成核成冰性能，还可以检测含其他催化剂的冷云催化气溶胶发生剂的成核成冰性能。
发明内容
本发明的目的是为了提出一种测量气溶胶发生剂成核成冰性能的方法。本发明的目的是通过以下技术方案实现的。本发明的一种测量气溶胶发生剂成核成冰性能的方法，其具体步骤为1)在密闭容器内安装有气溶胶发生剂点火装置、温湿度测量装置、过冷水汽通入口、气溶胶注入孔及透明观察窗，并在其底部放置一托盘；并将密闭容器放置到低温柜中；2)将所测气溶胶发生剂样品固定在密闭容器内的气溶胶发生剂点火装置上，然后检查密闭容器的橡胶条，关闭密闭门；3)打开低温柜制冷开关，设定制冷温度，在密闭容器中制造一个过冷环境，观察密闭容器内的温湿度测量装置待温度达到设定值；4)打开超声波喷雾装置，控制水汽的喷出量，喷出的水汽通过低温柜内的管道进行预制冷，形成过冷水汽，然后通过密闭容器上的过冷水汽通入口通入到密闭容器中；在打开超声波喷雾装置的同时打开气溶胶发生剂点火装置的开关，通过电点火将气溶胶释放到密闭容器中，通过透明观察窗观察气溶胶发生剂完全燃烧释放后关闭气溶胶发生剂点火装置的开关并开始计时；5)试验结束后，关闭超声波喷雾装置，关闭低温柜的制冷开关；立刻取出密闭容器底部的托盘，称量落在托盘上的雪花和细小冰粒的质量；落在托盘上的雪花和细小冰粒的形成是在气溶胶发生剂释放到密闭容器中并在密闭容器中形成气溶胶微粒，过冷水汽以气溶胶微粒为核形成小冰晶，小冰晶不断长大形成小雪花或细小冰粒，直到云雾托不住它们以固态降水的形式降落到密闭容器底部或托盘上；6)由密闭容器底面积与托盘面积之比可计算得到密闭容器底部固态降水的总量； 由密闭容器底部的固态降水总量比上通入的过冷水汽总量，可得过冷水汽变为固态降水的比率，即气溶胶发生剂冷云催化成核成冰的效率。用此比率可衡量不同气溶胶发生剂在同一条件下的成核成冰性能。比率越高，其成核成冰的性能就越好。单位时间内通入密闭容器内的过冷水汽一定时，还可用密闭容器底部的固态降水总量值来定量衡量气溶胶发生剂在某一条件下的成核成冰性能。上述步骤1)中在密闭容器中还可以安装照明装置，用于照明。上述步骤2、中气溶胶发生剂为碘化银气溶胶发生剂或含其他催化剂的冷云催化气溶胶发生剂。上述步骤幻中的温湿度测量装置可以为数字式温湿度仪或机械式温湿度计。上述步骤幻中的过冷环境的制造是密闭容器与低温柜对流和传热作用使密闭容器内温度达到所需低温；低温柜制冷功率为12kw，最低制冷温度可达-50°C，控温精度为 0. 1°C，可30min内得到温度场分布均勻的_12°C的过冷环境，有利于提高试验的效率；上述步骤4)中过冷水汽由超声波喷雾装置制得，喷雾质量可控，超声喷雾的原料为超纯水、自来水、雨水或具有特定电导率的覆冰水中的一种。过冷水汽的预制冷在低温柜内的管道中进行，预制冷的目的是为了避免过冷水汽的通入对密闭容器内均勻过冷温度场的影响。上述步骤4)中的气溶胶发生剂的释放也可以在密闭箱内点燃释放后，采样含气溶胶微粒的混合空气通过气溶胶注入孔注入到密闭容器内。无论哪种释放方式，根据需要气溶胶发生剂可一次性释放或注入，也可多次间隔释放或注入到密闭容器内。上述方法还可以是密闭容器中有一压缩机进行自身制冷来制造过冷环境，而不用放置到低温柜中，具体步骤为1)在密闭容器内安装有气溶胶发生剂点火装置、温湿度测量装置、过冷水汽通入口、气溶胶注入孔及透明观察窗，并在其底部放置一托盘；密闭容器有一制冷装置；2)将所测气溶胶发生剂样品固定在密闭容器内的气溶胶发生剂点火装置上，然后检查密闭容器的橡胶条，关闭密闭门；3)打开密闭容器的制冷开关，设定制冷温度，在密闭容器中制造一个过冷环境，观察密闭容器内的温湿度测量装置待温度达到设定值；4)打开超声波喷雾装置，控制水汽的喷出量，通过密闭容器上的过冷水汽通入口通入到密闭容器中；在打开超声波喷雾装置的同时打开气溶胶发生剂点火装置的开关，通过电点火将气溶胶释放到密闭容器中，通过透明观察窗观察气溶胶发生剂完全燃烧释放后关闭气溶胶发生剂点火装置的开关并开始计时；5)试验结束后，关闭超声波喷雾装置，关闭密闭容器的制冷开关；立刻取出密闭容器底部的托盘，称量落在托盘上物质的质量，并计算得密闭容器底部固态降水总量。通过改变过冷环境的温度、过冷水汽的通入量、气溶胶发生剂的种类、质量及释放方式、气溶胶的催化作用时间等可以测得不同参数下的固态降水总量，不但可以检测不同配方气溶胶发生剂的成核成冰性能，还可以定性或定量地检测不同参数对气溶胶发生剂冷云催化成冰效率的影响。固定某些参数，还可以测定单位质量气溶胶发生剂在某一温度下的成核成冰效率。有益效果本发明中过冷环境是通过低温柜来制得，具有功率大、制冷快、温度场分布均勻的特点，提高了试验效率；不但可以检测碘化银类气溶胶发生剂和含其他催化剂的冷云催化气溶胶发生剂的成核成冰性能，还可以衡量温度、过冷水量、催化作用时间、气溶胶发生剂种类、质量及释放方式等参数对气溶胶发生剂过冷催化成核成冰性能的影响；用固态降水的比率或质量来衡量气溶胶发生剂的成核成冰性能，更直观地衡量了一定质量气溶胶发生剂释放后，在一定温度、作用时间条件下把过冷环境中水汽变为固态降水的能力；此方法简单快捷、准确直观，所需装置费用较低。
具体实施例方式下面结合实施例对本方法做进一步说明。实施例11)在密闭容器内安装有气溶胶发生剂点火装置、温湿度测量装置、过冷水汽通入口、气溶胶注入孔、照明装置及透明观察窗，并在其底部放置一托盘，托盘的质量为IOOg; 并将密闭容器放置到低温柜中，低温柜的功率为12kw，最低制冷温度为-50°c，控温精度为 0. rc ；温湿度测量装置为数字式温湿度仪；2)将0. Ig碘化银气溶胶发生剂固定在步骤1)中密闭容器内的气溶胶发生剂点火装置上，然后检查密闭容器的橡胶条，关闭密闭门；碘化银气溶胶发生剂中碘化银的含量为 5% ；3)打开低温柜制冷开关，设定制冷温度为_12°C，在密闭容器中制造一个过冷环境，观察密闭容器内的温湿度测量装置待温度稳定平衡后打开超声波喷雾装置，使其在 40min内喷雾200g超纯水，喷出的水汽通过低温柜内的管道进行预制冷，形成过冷水汽， 然后通过过冷水汽通入口通入到密闭容器中；在打开超声波喷雾装置的同时打开气溶胶发生剂点火装置的开关，通过电点火将碘化银气溶胶发生剂释放到密闭容器中，通过透明观察窗观察碘化银气溶胶发生剂完全释放后关闭气溶胶发生剂点火装置的开关并开始计时； 40min后关闭超声波喷雾装置，关闭低温柜的制冷开关；4)打开密闭容器取出托盘立即称重并计算得密闭容器底部固态降水总量为75g， 由固态降水总量75g+超纯水质量200gX100%得到固态降水比率为37. 5%。实施例2同实施例1，其中不同的是步骤2)中碘化银的含量为7%，最后测得固态降水比率为 56. 3%。实施例3同实施例1，其中不同的是步骤2)中碘化银的含量为9%，最后测得固态降水比率为 71. 9%。实施例4同实施例1，其中不同的是步骤2)中碘化银的含量为15%，最后测得固态降水比率为19. 2%。实施例5
1)在密闭容器内安装有气溶胶发生剂点火装置、温湿度测量装置、过冷水汽通入口、气溶胶注入孔、照明装置及透明观察窗，并在其底部放置一托盘，托盘的质量为IOOg; 并将密闭容器放置到低温柜中，低温柜的功率为12kw，最低制冷温度为-50°c，控温精度为 0. rc ；温湿度测量装置为机械式温湿度计；2)将0. 5g四聚乙醛气溶胶发生剂固定在步骤1)中密闭容器内的气溶胶发生剂点火装置上，然后检查密闭容器的橡胶条，关闭密闭门；四聚乙醛气溶胶发生剂中四聚乙醛的含量为5% ；3)打开低温柜制冷开关，设定制冷温度为_8°C，在密闭容器中制造一个过冷环境，观察密闭容器内的温湿度测量装置待温度稳定平衡时打开超声波喷雾装置，使其在 IOmin内喷雾50g自来水，喷出的水汽通过低温柜内的管道进行预制冷，形成过冷水汽，然后通过过冷水汽通入口通入到密闭容器中；在打开超声波喷雾装置的同时打开气溶胶发生剂点火装置的开关，通过电点火将四聚乙醛气溶胶发生剂释放到密闭容器中，通过透明观察窗观察四聚乙醛气溶胶发生剂完全释放后关闭气溶胶发生剂点火装置的开关并开始计时；IOmin后关闭超声波喷雾装置，关闭低温柜的制冷开关；4)打开密闭容器取出托盘立即称重并计算得四聚乙醛气溶胶发生剂的过冷催化固态降水比率为9.8%。实施例6同实施例5，其中不同的是步骤幻中超声波喷雾装置在20min喷雾100g，最后测得固态降水比率为31.3%。实施例7同实施例5，其中不同的是步骤幻中超声波喷雾装置在30min喷雾150g，最后测得固态降水比率为48.6%。实施例8同实施例5，其中不同的是步骤幻中超声波喷雾装置在40min喷雾200g，最后测得固态降水比率为59.0%。实施例9同实施例5，其中不同的是步骤幻中超声波喷雾装置在50min喷雾250g，最后测得固态降水比率为64.5%。实施例101)在密闭容器内安装有气溶胶发生剂点火装置、温湿度测量装置、过冷水汽通入口、气溶胶注入孔、照明装置及透明观察窗，并在其底部放置一托盘，托盘的质量为IOOg; 并将密闭容器放置到低温柜中，低温柜的功率为12kw，最低制冷温度为-50°c，控温精度为
0. rc ；2)打开低温柜制冷开关，设定制冷温度为_4°C，在密闭容器中制造一个过冷环境，观察密闭容器内的温湿度测量装置待温度稳定平衡；然后称量1. Og碘化银气溶胶发生剂，在Im3密闭箱内点燃释放后用鼓风机搅拌均勻，用注射器采样200ml含气溶胶微粒的混合空气，即稀释5000倍；碘化银气溶胶发生剂中碘化银的含量为5% ；3)打开超声波喷雾装置，使其在30min内喷雾150g超纯水，喷出的水汽通过低温柜内的管道进行预制冷，形成过冷水汽，然后通过过冷水汽通入口通入到密闭容器中；在打开超声波喷雾装置的同时通过密闭容器上的气溶胶注入孔注入IOOml含气溶胶微粒的混合空气并计时；15min后再次注入剩余的IOOml混合空气；30min后关闭超声波喷雾装置， 关闭低温柜的制冷开关；4)打开密闭容器取出托盘立即称重并计算得密闭容器底部固态降水总量为 24. 2go实施例11同实施例10，其中不同的是步骤2)中低温柜的制冷温度设定为_8°C，最后得到密闭容器底部固态降水总量为37. 2g。实施例12同实施例10，其中不同的是步骤2)中低温柜的制冷温度设定为_12°C，最后得到密闭容器底部固态降水总量为48. Sg。实施例13同实施例10，其中不同的是步骤2)中低温柜的制冷温度设定为_16°C，最后得到密闭容器底部固态降水总量为51. 4g。实施例14同实施例10，其中不同的是步骤2)中低温柜的制冷温度设定为-20°C，最后得到密闭容器底部固态降水总量为35. 6g。
权利要求
1.一种测量气溶胶发生剂成核成冰性能的方法，其特征在于具体步骤为1)在密闭容器内安装有气溶胶发生剂点火装置、温湿度测量装置、过冷水汽通入口、气溶胶注入孔及透明观察窗，并在其底部放置一托盘；并将密闭容器放置到低温柜中；2)将所测气溶胶发生剂样品固定在密闭容器内的气溶胶发生剂点火装置上，然后检查密闭容器的橡胶条，关闭密闭门；3)打开低温柜制冷开关，设定制冷温度，在密闭容器中制造一个过冷环境，观察密闭容器内的温湿度测量装置待温度达到设定值；4)打开超声波喷雾装置，控制水汽的喷出量，喷出的水汽通过低温柜内的管道进行预制冷，形成过冷水汽，然后通过密闭容器上的过冷水汽通入口通入到密闭容器中；在打开超声波喷雾装置的同时打开气溶胶发生剂点火装置的开关，通过电点火将气溶胶释放到密闭容器中，通过透明观察窗观察气溶胶发生剂完全燃烧释放后关闭气溶胶发生剂点火装置的开关并开始计时；5)试验结束后，关闭超声波喷雾装置，关闭低温柜的制冷开关；立刻取出密闭容器底部的托盘，称量落在托盘上物质的质量。
2.一种测量气溶胶发生剂成核成冰性能的方法，其特征在于具体步骤为1)在密闭容器内安装有气溶胶发生剂点火装置、温湿度测量装置、过冷水汽通入口、气溶胶注入孔及透明观察窗，并在其底部放置一托盘，并将密闭容器放置到低温柜中；2)打开低温柜制冷开关，设定制冷温度，在密闭容器中制造一个过冷环境，观察密闭容器内的温湿度测量装置待温度稳定平衡；然后称量气溶胶发生剂，在密闭箱内点燃释放后用鼓风机搅拌均勻，用注射器采样含气溶胶微粒的混合空气；3)打开超声波喷雾装置，喷出的水汽通过低温柜内的管道进行预制冷，形成过冷水汽， 然后通过过冷水汽通入口通入到密闭容器中；在打开超声波喷雾装置的同时通过密闭容器上的气溶胶注入孔注入含气溶胶微粒的混合空气并计时；关闭超声波喷雾装置，关闭低温柜的制冷开关；4)打开密闭容器取出托盘立即称重并计算得密闭容器底部固态降水总量。
3.一种测量气溶胶发生剂成核成冰性能的方法，其特征在于具体步骤为1)在密闭容器内安装有气溶胶发生剂点火装置、温湿度测量装置、过冷水汽通入口、气溶胶注入孔及透明观察窗，其底部放置一托盘；密闭容器有一制冷装置；2)将所测气溶胶发生剂样品固定在密闭容器内的气溶胶发生剂点火装置上，然后检查密闭容器的橡胶条，关闭密闭门；3)打开密闭容器的制冷开关，设定制冷温度，在密闭容器中制造一个过冷环境，观察密闭容器内的温湿度测量装置待温度达到设定值；4)打开超声波喷雾装置，控制水汽的喷出量，通过密闭容器上的过冷水汽通入口通入到密闭容器中；在打开超声波喷雾装置的同时打开气溶胶发生剂点火装置的开关，通过电点火将气溶胶释放到密闭容器中，通过透明观察窗观察气溶胶发生剂完全燃烧释放后关闭气溶胶发生剂点火装置的开关并开始计时；5)试验结束后，关闭超声波喷雾装置，关闭密闭容器的制冷开关；立刻取出密闭容器底部的托盘，称量落在托盘上物质的质量，并计算得密闭容器底部固态降水总量。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种测量气溶胶发生剂成核成冰性能的方法，其特征在于在密闭容器中安装照明装置。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种测量气溶胶发生剂成核成冰性能的方法，其特征在于步骤幻中气溶胶发生剂为碘化银气溶胶发生剂或含其他催化剂的冷云催化气溶胶发生剂。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种测量气溶胶发生剂成核成冰性能的方法，其特征在于步骤幻中的温湿度测量装置为数字式温湿度仪或机械式温湿度计。
7.根据权利要求1或2或3所述的一种测量气溶胶发生剂成核成冰性能的方法，其特征在于超声喷雾的原料为超纯水、自来水、雨水或覆冰水中的一种。
8.根据权利要求1或2所述的一种测量气溶胶发生剂成核成冰性能的方法，其特征在于低温柜制冷功率为12kw，最低制冷温度达-50°C，控温精度为0. rC,30min内得到温度场分布均勻的_12°C的过冷环境。
9.根据权利要求5所述的一种测量气溶胶发生剂成核成冰性能的方法，其特征在于 含其他催化剂的冷云催化气溶胶发生剂为四聚乙醛气溶胶发生剂。
全文摘要
本发明涉及一种测量气溶胶发生剂成核成冰性能的方法，属于人工影响天气技术领域。将气溶胶发生剂样品固定在气溶胶发生剂点火装置上；设定制冷温度，打开超声波喷雾装置同时打开气溶胶发生剂点火装置的开关，气溶胶完全燃烧释放后关闭开关并开始计时；托盘称重，得过冷水汽变为固态降水的比率。本发明可以衡量温度、过冷水量、催化作用时间、气溶胶发生剂种类、质量及释放方式等参数对气溶胶发生剂过冷催化成核成冰性能的影响；用固态降水的比率或质量来衡量气溶胶发生剂的成核成冰性能，更直观地衡量了一定质量气溶胶发生剂释放后，在一定温度、作用时间条件下把过冷环境中水汽变为固态降水的能力；简单快捷、准确直观。
文档编号G01N5/00GK102353603SQ20111016319
公开日2012年2月15日 申请日期2011年6月17日 优先权日2011年6月17日
发明者宋廷鲁, 张皓明, 李晓东, 杨荣杰, 郭晓燕 申请人:北京理工大学