Влияние высокоинтенсивного ультразвукового поля на эффективность коагуляции капель тумана

Abstract

Актуальность исследования обусловлена острой необходимостью борьбы с туманами с целью предотвращения ограниченной видимости и формирования улучшенных метеорологических условий. Воздействие на газодисперсные системы механическими колебаниями ультразвуковой частоты можно рассматривать как наиболее эффективный способ борьбы с образованием туманов. Однако акустический способ не нашел промышленного применения для разрушения туманов в основном из-за отсутствия эффективных источников акустического воздействия. Поэтому необходимо создание излучателей более высокой мощности, обеспечивающих значительно большую дальность излучения с уровнем звукового давления не менее 140 дБ и исследование их функциональных возможностей. Цель: определение эффективности разрушения туманов за счет применения ультразвуковых колебаний, генерируемых разработанными ультразвуковыми излучателями; выявление наиболее перспективной конструкции ультразвукового оборудования, обеспечивающего эффективное разрушение туманов на открытой местности. Объекты: процесс объединения капель тумана под ультразвуковым воздействием с помощью специально разработанных ультразвуковых излучателей для газовых сред четырех типов. Методы: экспериментальный метод исследования процесса объединения капель тумана под воздействием ультразвуковых колебаний и их гравитационное осаждение. Для определения характеристик аэрозоля (водность и дисперсный состав) при проведении экспериментальных исследований использован измеритель ТИПАС-1, основанный на методе малоуглового рассеяния и методе спектральной прозрачности. Результаты. Установлена и показана эффективность ультразвукового воздействия на туманы, а также возможность его использования для разрушения туманов на открытой местности. Показано, что все разработанные дисковые ультразвуковые излучатели способны формировать уровень звукового давления в пределах 140...145 дБ при частоте воздействия 22±2,0 кГц. Достигается сокращение времени естественного разрушения тумана в аэрозольной камере до 11,5 раз. Основываясь на полученных результатах, установлено, что необходимо использовать более мощные дисковые излучатели, поскольку они позволяют в значительной мере сокращать время разрушения туманов и увеличивать озвучиваемые единовременно объемы. Установлено, что минимальное время установления требуемой метрологической дальности видимости обеспечивается при помощи направленного излучателя со ступенчато-переменной поверхностью, формирующей плоскую волну.

Relevance. The urgent need to deal with fog for preventing limited visibility and creating improved meteorological conditions. Exposure to gas dispersed systems by mechanical vibrations of the ultrasonic frequency can be considered as the most effective way to deal with fog formation. However, the acoustic method has not found an industrial application for fog destruction mainly due to the lack of effective sources of acoustic exposure. Therefore, it is necessary to create emitters of higher power that provide a significantly greater range of radiation with a sound pressure level of at least 140 dB and study of their functionality. Aim. To determine the effectiveness of fog destruction through the use of ultrasonic vibrations generated by the developed ultrasonic emitters; identify the most promising design of ultrasonic equipment that ensures effective destruction of fogs in open areas. Objects. Combining fog droplets under high-intensity ultrasonic exposure using specially designed ultrasonic emitters for gas media of four types. Methods. Experimental method for studying fog droplets combination under the influence of ultrasonic vibrations and their gravitational deposition. To determine the aerosol (water content and disperse composition) characteristics, during experimental studies, the authors have used the TIPAS-1 meter based on the method of small-angle scattering and the method of spectral transparency. Results. The authors established and shown the effectiveness of ultrasonic effect on fogs, as well as the possibility of its use for fog destruction in an open area. All developed disc ultrasonic emitters are capable of forming a sound pressure level within 140... 145 dB at 22±2.0 kHz. The time of fog natural destruction in the aerosol chamber is reduced by up to 11.5 times. The results obtained demonstrate that it is necessary to use more powerful disc emitters, since they can significantly reduce the time of fog destruction and increase the volumes voiced at the same time. The minimum time for establishing the required metrological range of visibility is provided by means of a directional emitter with a stepped-variable surface, forming a flat wave.