Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему
Искусственная кристаллизация в переохлажденных облачных средах
ВАК РФ 04.00.23, Физика атмосферы и гидросферы
Автореферат диссертации по теме "Искусственная кристаллизация в переохлажденных облачных средах"
О Ж ^Ф^Р'
КИМ Николай Сергеевич
ИСКУССТВЕННАЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ В ПЕРЕОХЛАЖДЕННЫХ ОБЛАЧНЫХ СРЕДАХ
04.00.23 физика атмосферы и гидросферы
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора фюико-штештическщс наук
)
На правах рукописи УДК 551.S09.616
Санкт-Петербург - 2000 г.
Работа выполнена в НПО «Тайфун»
Офедкальные оппоненты: доктор фюмсо-ыатеиатнческнх наук, профессор МЛ , Абшаев доктор физико-математических наук профессор ЯС Ивлев доктор технических наук А. А. Сикькевич
Ведущая организации: Центральна! аэрологическая обсерватория
Защита диссертации состоится « ■ ^^— 2000г. в
/3
- часов на заседании диссертационного совета Д. 024.06. 01
Главной геофизической обсерватории им. А. И. Воейкова по адресу:
194021, Санкт-Петербург, уд. Карбышев, д. 7, ГГО
Просьба отзывы на автореферат ( 2 зю, ывережые печатью) направлять
учёному секретарю диссертационного совета по указанному адресу.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГГО.
Автореферат разослан « — « —■ ^^^ Я 2000г.
Ученый секретарь диссертационного совета
Досгор географических наук У} Фл^*^ А.В. Мещерская
/П 0
РЕШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
АКТУАЛЬНОСТЬ. Развитие работ по активным »содействиям с целью предотвращения выпадения град», перераспределения осадков, рассеяния туманов и облаков и т.д. обусловило повышение интереса к изучению процесса, гетерогенной нуклеации льда ■ атмосфере, разработке методов воздействия, понежу новых высокоэффективных искусственных средств кристаллизации, в также к разработке технических средств доставки и диспергирования реагентов в облаке. Однако до настоящего временя отсутствуют обоснованные подходы к решению этих задач, поскольку остаются невыясненными основные параметры процесса гетерогенной иуклеацин яма и процесса формирования льдообразуюиих частно, ошучмвую» надежные методы экспериментальных исследования характеристик искусственных среди» кристаллизации.
Искусственные средства кристаллизации (хдадореагенты н прообразующие аэрозоли) получили широкое применение в активных воздействиях на переохлажденные облачные среды. Успех воздействия во многом определяется правильным подбором характеристик применяемого средства. Для случая воздействия хладореагекгами существуют хорошо разработанные на основе классической термодинамики теоретические модели гомогенной нуклеации . льда, которые являются прогностическими, т.е. позволяют правильно описать процесс воздействия в тех кли иных термодинамических условиях в облаке. Разработаны многочисленные технические. средства для проведения воздействий по гомогенному механизму, которые в настоящее время успешно применяются. В этом направлении, на наш взгляд, остаются нерешенными отдельные технические вопросы. связанные с определением производительности этих средств в лабораторных условиях.
Иэ-за ряда технических преимуществ, обусловленных условиями хранения.' доставки, диспергирования в зоне засева облака и т.п, наиболее широко используются льдообразующие реагенты. Внесение высокодисперсных аэрозолей этих веществ в переохлажденную часть облака приводит к гетерогенному образованию льда, т.е. аэрозольные частицы сами служат ядрами, на которых происходит образование к рост ледяных кристаллов. К настоящему времени известен широкий класс веществ, высокодисперскые аэрозоли которых способны с высокой вероятностью инициировать образование ледяных криспиуюв.
Существующие представления о нуклеации льда на поверхности аэрозольных частиц основаны на развитой НФлегчером для случая искривленных поверхностей классической теории гетерогенной нуклеации. В теории Флетчера специфические свойства вещества, которые определяют эффективность зарождения льда на подложке, учитываются двумя параметрами: т -параметром, определяющим отличие межфазных энергий лед-мета стабильная фаза (пар или жидкая вода) и лед-подложка, не- упругим напряжением зародыша льда, возникающим из-за отличия параметров кристаллических решеток льда и подложки. Возможность образования льда, как в системе пар -твердая поверхность, так и в системе жидкость - твердая подложка привела исследователей к выделению нескольких механизмов гетерогенной нуклеации. Однако однозначных доказательств существования таких механизмов и резкого разграничения областей их реализации в атмосферных условиях в настоящее время не существует. Предписываемые классической теорией Н.Флетчера и ее модификациями основные параметры процесса гетерогенной нуклеации льда во многих случаях не соответствуют имеющимся экспериментальным данным. Так в последние годы обнаружено большой количество высокоэффективных льдообразующнх веществ, которые вообще не имеют кристаллической структуры.
Отставание теоретических исследований в этом направлении вызвало многочисленные экспериментальные исследования механизмов зарождения льда на инородной подложке. Б этих исследованиях изучалось влияние различных факторов на процесс льдообразования. В результате таких работ был выявлен ряд параметров, которые не учитывались в классической теории. В частности были показаны важность поверхностной неоднородности подложхи и определяющее значение площади поверхности, а не размера .прообразующей частицы. С другой стороны размер частицы оказывается очень важным прн оценке эффективности технических средств кристаллизации, поскольку характеризует их производительность, т.е. количество создаваемых искусственных ледяных кристаллов.
Оптимальная степень диспергирования реагента, обеспечивающая получение максимального количества активных льдообразующнх ядер, определяется эмпирическим путем при моделировании процесса нуклеации в лабораторных условиях. До проведения настоящих исследований факторы, определяющие
$
дисперсные и структурные характеристики аэрозолей, образующихся при функционировании реальных аэрозольных генераторов, надежно установлены не были.
Технология засева облаков предполагает несколько возможных способов введения реагента в облако. Они разделяются ка засев по верхней границе облака, засев в подоблачном слое н засев непосредственно внутри облака. При засеве внутри облака, самом распространенном, процесс формирования льдообразуюшего аэрозоля обычно сопровождается нестационарными пересыщениями, которые в теоретических моделях не учитываются. Имеющиеся экспериментальные данные о степени влияния таких пересыщений на льдообразующую активность аэрозолей не связывают с характеристиками аэрозольных частиц. Применение теоретических моделей гетерогенной нуклеации льда для выбора оптимального размера частиц в таких условиях оказывается затруднительным, вследствие неоднозначности доминирующего механизма нуклеации.
Существующие экспериментальные методы исследования искусственных средств кристаллизации, в которых моделирование движения генератора и проявление льдообразующих свойств ядер разнесены во времени и в пространстве зачастую не обоснованы и, очевидно, не пригодны для исследования средств кристаллизации на основе хладореагекто».
ПЕЛЬ РАБОТЫ состоит в теоретическом и экспериментальном выявлении основных параметров процесса гетерогенной нуклеации льда при проведении активных воздействий на переохлажденные облачные среды, разработка способов получения льдообразующих аэрозолей с оптимальными дисперсными и структурными характеристиками и разработке экспериментальных методик, обеспечивающих адекватные данные об эффективности искусственных средств кристаллизации а различных условиях воздействия.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ
Впервые на основании имеющихся теоретических и экспериментальных исследований разработана полуэмпирическая модель нуклеации льда на неоднородной поверхности, позволяющая описывать лъдообразующую
активность аэрозольных ядер с позиций единого физического процесса без выделения нескольких механизмов нукдеации.
Впервые на основе разработанной модели выявлены основные параметры процесса, учет которых позволяет предсказать льдообразующую активность частиц при разных термодинамических условиях в облаке.
Впервые на основе теоретических исследований построена расчетная модель формирования льдообразующих частиц при функционировании аэрозольных генераторов в процессе их движения. На основании этой модели впервые выявлены основные параметры, которые определяют связь условий формирования аэрозолей с эффективностью средств кристаллизации. Показано, что ими являются отношение скорости движения генератора в облаке к скорости истечения газовой струи из сопла генератора, начальная концентрация молекул пара активного вещества в газовой струе и коэффициент турбулентной диффузии, на величину которого влияют конструктивные характеристики генератора.
Впервые обоснованы способы повышения эффективности кристаллизующих аэрозолей, связанные с созданием локальных кратковременных пересыщений водяного пара непосредственно в зоне введения аэрозоля в облако, с образованием составных льдообразующих ядер и с покрытием частиц гигроскопическими примесями.
Впервые сформулированы общие требования, которые должны предъявляться к методикам исследования средств кристаллизации, используемых в различных методах засева облаков н туманов.
Впервые в практике разработаны и созданы стендовые методики, позволяющие провопить испытания различных типов п одноразмерных генераторов льдообразующих аэрозолей и ледяных кристаллов при моделировании скоростей их движения до 600 м/с при разных термодинамических условиях засева облака.
Впервые на базе этих стендов проведено определение эффективности различных средств искусственной кристаллизации, применяемых в нашей стране.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ
Результаты настоящих исследований на основании экспериментально измеряемой величины - пороговой температуры кристаллизации, позволяют рассчитывать эффективность льдообразующего аэрозоля в зависимости от температуры и влажности среды.
Полученные данные позволили обосновать ряд способов повышения эффективности лвдообразующих аэрозолей и дать практические рекомендации по принципам разработки ков их пиротехнических составов и генераторов для активных воздействий. Основные выводы используются в организациях-разработчиках искусственных средств кристаллизации - НИИПХ, ВГИ, ЦДО, ВНИП «ДАРГ», УкрНИИ и др.
Разработанные методики и аппаратура позволяют проводить систематические испытания эффективности средств искусственной кристаллизации любых типов и конструкций, находящихся в серийном производстве и опытной отработке.
На основании выводов настоящих исследований были разработаны и внедрены • практику активных воздействий несколько пиротехнических составов с содержанием 2% иодида серебра,
ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ;
1. Необходимым условием гетерогенной куклеацкн льда из пара является наличие на подложке адсорбированной пленки воды, превышающей по толщине суммарную толщину незамерзающих прослоек лед-подпояска и лед-пар.
2. Гетерогенная нуклеаиия льда на твердой подпояске может бьпъ описана а рамках предлагаемой модели ках стохастнчесхий процесс флуктуационного изменения структуры воды а адсорбированной пленке без выделения нескольких механизмов нуклеации.
3. Дисперсность к структура лъдообрааушщкх частиц, формируемых при функционировании генераторов аэрозолей, определяется рядом параметров процесса: отношением скорости движения генератора в облаке к скорости истечения газовой струи из сопла генератора, начальной концентрацией молекул пара активного вещества в газовой струе и коэффициентом турбулентной диффузии, на величину которого влияют конструктивные характеристики генератора.
4. Повышение числа активных ядер в аэрозоле может бьт. обеспечено путем создания локальных кратковременных пересыщений водяного пара непосредственно в зоне введения аэрозоля в облако, образованы составных льдообразующих ядер и покрытия частиц гигроскопическими примесями.
5. Разработанные методики экспериментального определения эффективности полноразмерных средств искусственной кристаллизации переохлажденных облачных сред.
6. Способы повышения эффективности пиротехнических составов, основанные на введении в них инертных вешеств.
7. Разработанные методы генерации аэрозолей органических реагентов и способы активации таких аэрозолей.
8. Способы применения существующих средств искусственной кристаллизации в разных методиках засева.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты диссертации были представлены на Международной конференции по модификации погоды (Ташкент, 1973 г.), на Международном научном совещании по теме № 3 (Крым, Белогорск, 1975), на VIII Всесоюзном совещании по проблеме изыскания и исследования льдообразующих реагентов и их аэрозолей (Кишинев, 1977), на Всесоюзной конференции по физике облаков и активным воздействиям (Нальчик, 1979), на 13 Всесоюзной конференции «Актуальные вопросы испарения, горения и газовой динамики дисперсных систем (Одесса, 1979), на Международном симпозиуме по микрофизике облаков и осадков (Варшава, 1981), на ГУ Международной конференция по модификации погоды (Гонолулу, 1985), на .XIV Всесоюзной конференции «Актуальные вопросы физики аэродисперсных систем» (Одесса, 1986), на Всесоюзной конференции по активным воздействиям на гидрометеорологические процессы (Киев, 1937), на ХП Международной конференции по атмосферным аэрозолям (Вена, 1988), на V Научной конференции ВМО по модификации погоды и прикладной физике облаков (Пекин, 1989), на Всесоюзной конференции по активным воздействиям на гидрометеорологические процессы (Нальчик, 1991), на ХШ Международной конференции по нукпеации и атмосферным аэрозолям (Солт Лей к Сити, США, 1992), на Международном аэрозольном симпозиуме (Москва, 1994), на XIV Международной конференции по нукпеации и атмосферным аэрозолям
(Хельсинки, 1996), на Международной конференции по модификации погоды (Таиланд,. 1999), на Юбилейной конференции «Состояние и перспективы развития технологии и технических средств воздействия на гидрометеорологические процессы)* (Чебоксары, 1999).
Одна кз методик экспериментального определения эффективности полноразмерных генераторов лъдоо бракующих аэрозолей в 197S г представлялась на ВДНХ и была отмечена бронзовой медалью. Основные результаты работы опубликованы в работах ( в том числе, в 14 изобретениях). В диссертацию включены результаты, которые были получены лично автором или при его непосредственном участии.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.
Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, библиографии (281 наименования); содержит 271 страницу машинописного текста (включая библиографию) и 76 рисунков.
В первой главе сделан краткий обзор современного состояния исследований гомогенной и гетерогенной нуклеации льда и существующих экспериментальных подходов к изучению искусственной кристаллизации переохлажденных облачных сред. Обсуждены нерешенные вопросы в этой области, теоретическому и экспериментальному рассмотрению которых должны быть посвящены будущие исследования.
Существующая теория позволяет выявить закономерности гомогенной кристаллизации, которая имеет место при использовании в активных воздействиях хладореагекты. Выводы теории хорошо подтверждены результатами лабораторных исследований. Однако из-за неполного учета вторичных эффектов, определяющих условия выживания ледяных кристаллов в реальном процессе засева облаков, теоретические расчеты диот лишь верхний предел производительности генераторов на основе хладореагентсв. По этой причине лабораторные методы не позволяют получать адекватные данные о производительное™ таких генераторов в реальных условиях засева.
В области исследований гетерогенной нуклеации льда аэрозолями существующая теория Н.Флетчера и ее модификации, использующие представления классической* термодинамики, имеют целый ряд
неопределенностев н обладают принципиально неустранимым внутренним противоречием, связанным с априорным выбором механизма нуклеацим. Это не позволяет обоснованно использовать ее выводы для прогностических целей.
Существующие экспериментальные методы позволяют исследовать какую-либо одну сторону проявления льдообразующия свойств частиц и поэтому не могут обеспечить получение объекте»ной и корректной информации об эффективности применяемых для активных воздействий искусственных средств кристаллизации (аэрозолей и технических средств для их получения).
Имеющийся большой экспериментальный разброс данных об эффективности даже наиболее исследованного реагента А&1 предполагает возможность оптимизации физико-химических характеристик частиц и оптимизации условий получения таких частиц с целью повышения эффективности активных воздействий в целом.
Во второй главе проведен анализ причин, обусловивших необходимость выделения нескольких механизмов гетерогенной нуклеации льда при термодинамическом описании зарождения ледяных кристаллов на аэрозольных ядрах. Обобщены известные экспериментальные данные об аномальной структуре граничных слоев воды и прослойках лед-пар и лед-твердая поверхность.
Существование слоя воды на поверхности ядра льдообразования на первой стадии процесса нуклеации допускалось разными исследователями для описания механизма конденсации с последующим замерзанием. По существу, многие исследователи рассматривали адсорбцию как первую стадию формирования зародышей льда, при этом величина адсорбции не связывалась с вероятностью зародышеобразования. Это обосновывалось тем, что обычная теория адсорбции не применима для трактовки случая флуктуационного зарождения льда, так как, по существу, является равновесной теорией. В пересыщенном состоянии действительное равновесие не может быть достигнута и количество адсорбата неограниченно растет. Но экспериментальные исследования даже с таким эффективным льдообразователем, как иоднд серебра, показывают, что при пересыщении относительно льда равновесие может быть достигнуто при величинах адсорбции, не превышающих некоторую фиксированную величину, зависящую от температуры.
Барчет и Корин , изучавшие равновесную адсорбцию на порошке йодида серебра, отмечали, что при увеличении количества адсорбата на нем происходит фазовый переход и начинается неограниченный рост льда из пара.
С другой стороны, в настоящее время многочисленными экспериментальными исследованиями доказано существование переходной зоны на границе лед - пар, в которой подвижность молекул воды значительно превосходит подвижность молекул в объемной фазе льда. В зависимости от экспериментально изучаемой характеристики слоя предел его существования относится разными авторах« к температуре от минус 10 °С до минус 160 "С. При этом толщина переходного слоя растет с увеличением температуры и составляет около 100 ангстрем вблизи 0°С.
Такие тонкие слои со свойствами, отличными от свойств объемных воды и льда, на рассматриваемых границах раздела фаз существуют в широких температурных пределах, включающих температурный интервал существования переохлажденной воды в атмосфере, я котором проводят активные воздействия. На основании проведенного анализа экспериментальных фактов впервые постулируется необходимое условие гетерогенной нуклеации льда ю тара - для реализации устойчивой структуры лудя ■ полнмолскуляаиом адсорбированном слое необходимо, чтобы его толщина превышала суммарную толщину незамерзающих прослоек тверда« по»ео1кость-лел и лед-пар.
Это условие является необходимым, но не достаточным. Тем не менее, при введении этого необходимого условия, можно объяснить большинство экспериментальных результатов, полученных при изучении гетерогенной нуклеации льда из пара и рассматривать с общих позиций процесс зарождения льда в смачивающих пленках, возникающих как при адсорбции пара на подложке, так и при ее погружении в каплю. При этом отпадает необходимость разделения единого процесса нуклеации льда на различные механизмы.
Гетерогенная нуклеацня льда при таком подходе - это флуктуационвый процесс зарождения льда ж конденсированной фазе воды в поле дялькодействуювдкх сил подложки.
Исходя из введенного необходимого условия гетерогенной нуклеации льда щ пара, становится понятной роль влажности, которая при умеренных
пересыщениях водяного пара сводится к обеспечению на поверхности субстрата полимолекулярной пленки необходимой для нуклеацни льда толщины ho.
Для сферической частицы радиуса г с однородной поверхностью можно записать
r+h, и pv
где ст- коэффициент поверхностного натяжения, П(Ль) - расклинивающее давление слоя толщиной ha. к - постоянная Больцмана, Т - абсолютная температура, & - молекулярный объем в слое, принимаемый постоянным, р -давление пара, р» давление насыщенного пара при температуре Т.
В зависимости от физико-химических свойств поверхности необходимая для нухлеации толщина пленки ho может быть больше или меньше h$ - толщины, соответствующей точке пересечения изотермой адсорбции оси р/р* = 1, где n(/ij) = 0. В соответствии с этим зарождение льда из пара на плоской подложке может происходить как ь условиях недосьпцения над водой, когда lifo) > 0, так и в условиях пересыщения над водой nfo) < 0. Согласно (1), это означает, что при температуре выше некоторой температуры Tg, соответствующей ho" hs, иуклеаимя льда из пара происходит при p/p, > 1, а при температуре ниже 7$ - при p/p-, < 1. Эти выводы о пороговой влиянии влажности подтверждаются многочисленными экспериментальными исследованиями и позволяют рассчитать количество льдообразующих ядер в полндисперсном аэрозоле
Xi(Sv) = wJö(r-r'(Sw)). P(r)/(r)dr, (2)
где &(r~r*(.Svy) - единичная функция, в которой г * (Sw) определяется как критический размер при заданном 5W = p/pw -1, P(r) - вероятность флуктуационнопо образования льда на частице радиуса г при выполнении необходимого условия, ff) - функция распределения частиц по размерам, М> -общее число частиц в аэрозоле.
• Рассмотрим поверхность льдообраэующей подложки еде составленную из дискретных участков - активных центров. В граничном слое структура воды
вблизи разных центров определяется степенью их воздействия. За меру активности центра примем среднюю частоту X с1 реализаций структуры льда в граничном с ним слое, происходящих в результате тепловых флуктуации. В реальном процессе необходимо учитывать снижение активности центра со временем в результате взаимодействия с водой, поэтому Х- Л (О-Вероятность хотя бы одной реализации за время г (а для кристаллизации, естественно, необходима лишь одна реализация устойчивой структуры льда) для пуассоновсюого процесса
Р-1-е"'. (3)
где а - матожидание числа реализаций на интервале (*0,/0 +т).
Предположим зависимость активности от времени для всех участков одинакова, тогда в первом приближении можно представить
¿(0 = А0-¥>(0-П(Г). (4)
так что Л(0) = А0 -П(Г), где Л„ - среди« частота реализаций при / = 0 и фиксированной температуре Т0, а р(/) и Г2(Г) - функции только времени и температуры соответственно.
Полагаем также, что активность центров распределена по показательному закону
^Л,)-/*-**». (5)
Показательный закон соответственно сохраняется для X (г). Естественно также допустить, что активные центры случайным образом распределены по поверхности 5 и / - среднее число ахтнвных центров на единицу площади. Тогда легка рассчитать среднюю вероятность зарождения льда на участке поверхности площадью за время г при принятых законах распределения случайных величин
Г0+г где е = /фСОД. 'о
Полученное выражение позволяет легко проанализировать степень вклада различных параметров в вероятность нуклеацни льда на участке поверхности.
На основании имеющихся многочисленных экспериментальных данных других авторов рассмотрен конкретный вид входящих в (6) параметров. При этом средняя вероятность кристаллизации капель записывается в явном виде
Р(т) * 1 -ехрОбе'-" е-" • . (7)
где р - параметр, характеризующий дезактивацию частицы.
Соотношение (7) позволяет предложить определение пороговой температуры кристаллизации как температуры Д7"50, при которой 50% капель, содержащих частицы суммарной площадью £э> кристаллизуется за фиксированное время г,, выбираемое а качестве стандартного.
Исходя из полученных соотношений, записывается общее число активных ядер в полидисперсном аэрозоле
Дг)йг. (8)
и выводятся аналогичные соотношения для случаев монодисперсного аэрозоля, растворимых и нерастворимых льдообразующих ядер.
С помощью (8) учитываются основные факторы, определяющие активность льдообразующих аэрозолей:
-влажность среды, пороговое влияние которой учитывается посредством функции в(г -г*),
-температура среды (переохлаждение), определяющая вероятность нуклеацни при выполнении необходимого условия;
-дисперсные характеристики аэрозоля, описываемые с помощью ffr) и -параметры, описывающие адсорбционные (7s или П(Ло)) и
кристаллизационные (Д710Д иг,) характеристики поверхности аэрозольных частиц.
В третьей главе на основании выводов главы 2 об основных параметрах процесса гетерогенной иукпеации льда обосновываются способы увеличения числа активных ядер в полидисперсном аэрозоле, которые прежде всего связаны с регулированием функции в(г-г*). Расчетным путем показано, что повышение доли активных льдообразующих ядер в аэрозоле возможно путем создания стационарных и кратковременных пересыщений водяного пара. Степень такой
активации определяется спектром распределения частиц по размерам, пороговой температурой для реагента и временем существования пересыщения. Это наглядно видно из рис1а,б и рис.2а.б. Пересыщения имеют определяющую роль в активации частиц радиусом менее 0.01 мш при температурах выше минус 20 °С.
Ряс.I. Выход ядер при разных жаажиост: 1-0.95,2-0.96,3 - 1.00,4 -1.04. 5 -1,0«: а-т= 1000с. 6-г-Юс.
Рле.2. Выход яаер для аэрозолей разной дисперсности при одкяакошх жлкжносткх. а - г,=0,0064 ккх, 6 • гд» 0,0156 мхм
Обоснован способ повышения эффективности использования реагента в условиях насыщения над водой путем создания крупных составных и левелиткых частиц.
Экспериментальным путем на примере частиц ацетилацстоната меди подтверждена возможность активации прообразующих аэрозолей гидрофобных веществ с помощью гигроскопических включений.
Четвертая глава посвящена разработке теоретической модели для описания процесса термоконденсационного формирования льдообразующкх частиц при движении генератора аэрозоля в атмосфере. На основании анализа имеющихся теоретических и экспериментальных исследований процесса конденсации паров низколетучих веществ выбрана расчетная схема лавинной конденсации, которую можно описать с помощью системы уравнений:.
• ^-=-т.ь0ь,т>). (9)
^ = -КЦ,,)Ъ} - К(и -1М-1 -Ь, I + ± АГ(| -1,/ - 1)Ь,г_, +
ш
+0,75^0-1,1-2)6, +6, 1.2*''К(>,Фе <Ю)
/о—2
Здесь А, - концентрация частиц с размером 2' молекул. Коэффициенты записываются в виде обычного выражения для константы коагуляции
*</,» = (2''3 +2^X2-' + 2"'У2 • 2С—)2/3С—. 00
Р Шо
где р- плотность вещества частицы, »»о - масса единичной молекулы, к -постоянная Больцмана, 7"-температура
Конденсация ларов реагента прн работе генераторов в реальных условиях воздействия происходит в условиях их движения через относительно неподвижную атмосферу. В этом случае имеет место смешение двух разнотемпературных потоков: первого — горячих паров реагента и газа -носителя, вытекающих из сопла генератора, и второго - внешнего воздушного потока обдувающего генератор. Поэтому система уравнений была дополнена выведенным уравнением кинетики смешения двух разнотемпературных спутных струн. Нами рассмотрен наиболее простой вариант смешения, когда направление горячей струи из сопла генератора противоположно направлению движения генератора.
На основании выражений для профилей газодинамических параметров в зоне смешения было получено простое выражение для коэффициента разбавления паров реагента и газа-носителя внешним воздухом в любой точке оси зоны смешения
А^Г 1—Л) I 1
щ 19.-—1п|1+«*,|-/. 02)
V*»- |д,_ту -• 04
3 4тГВ + !-+2(1-«.)/-
где = -5-, и; - константы, которые определяют« графически, й -Ко
безразмерный коэффициент турбулентной диффузии набегающего потока,
у
Г* - ТщТг -температура газовой струи, вытекающей из сопла генератора 1г
и2 ,г
к температура окружающей среды, -, гД - скорость, вытекающая из
сопла радиусом ЛЬ, иг - скорость движения генератора
Анализ системы уравнений (9) - (13) позволяет выделить основные параметры, которые влияют на решение этой системы, т.е. параметры, которые могут определять дисперсность и структуру льдообразуюших частиц, формирующихся при функционировании реальных генераторов. К ним относятся:
= лд - начальная концентрация молекул пара реагента (в общем случае -начальная концентрация молекул пара конденсирующихся в системе веществ);
иг
м = у™ - отношение скорости движения генератора к скорости истечения .
газовой струи из сопла генератора;
Т =-=г - отношение начальном «2
температуры газовой струи х температуре окружающего воздуха.
Проведенные численные расчеты показывают сильную зависимость размера образующихся частиц от параметров процесса. Естественно, такая сильная зависимость от этих параметров оказалась и у величины N выхода активных льдооб разующих частиц. Это видно из рис.3, где приведены расчетные зависимости N от параметра л для аэрозолей двух
гипотетических составов с 2% и 40% при разных температурах
для составов с 2*Л и 40% Ац].
переохлажденного облака. Как видно, зависимость -М от параметра т может иметь немонотонный характер, что ранее никем не отмечалось.
На основании выводов исследований, выполненных в разделах 2, 3 и 4, впервые проведен анализ условий коррехтного моделирования процесса искусственной кристаллизации переохлажденных облаков и туманов. Показано, что для получения достоверной информации об эффективности средств искусственной кристаллизации необходимо прямое моделирование процесса по всем основным параметрам, которые определяют процесс формирования льдообразующих частиц, их дисперсные н структурные свойства и термодинамические условия их применения.
р пятой главе рассматриваются разработанные методики н аппаратура для исследования льдообразующей эффективности полноразмерных средств искусственной кристаллизации, которые обеспечивают прямое моделирование по всем основным параметрам процесса формирования льдообразующих аэрозолей н нх взаимодействия с переохлажденной облачной средой. В качестве базовой установки использована горизонтальная аэродинамическая труба Института экспериментальной метеорологии. Особенности этой установки позволяют проводить исследования эффективности средств кристаллизации как в воздушном потоке, так и в переохлажденном двухфазном потоке при скоростях движения генераторов до 100 м/с. Описываемые методики являются универсальными и пригодны для испытания практически любых типов генераторов, в том числе работающих на основе хладореагентов. Методики испытаний не имеют аналога в мире.
Методики, основанные на усгановхах другой организации, позволяют изучать эффективность генераторов при моделировании скоростей их движения до 600 м/с.
Рассмотрены некоторые методические и технические вопросы, которые могут представлять интерес не только в области куклеации льда, но и в исследованиях, связанных с получением и изучением высокодисперсных аэрозолей. В частности изучено распределение концентрации частиц за движущимся генератором аэрозолей. Впервые разработан метод измерения среднего размера аэрозольных частиц активной фракции, находящихся в смеси с неактивными частицами. Этот метод основан на известном диффузионно-динамическом методе.
Описаны экспериментальные установки, дополняющие базовую методику. Стенд с непрерывной подготовкой тумана позволяет проводить изучение кинетических характеристик льдообразования аэрозольными частицами разных веществ в температурном диапазоне от О °С до минус 40 °С в течение 8 часов. Разработанная термодиффузионная камера обеспечивает измерения в широком диапазоне спектра распределения по пересыщениям, водяного пара искусственных и естественных льдообразующих ядер. При этом эта камера может использоваться как установка по замораживанию капель воды или раствора с целью измерения пороговой температуры.
Проанализированы случайные ошибки измерений и возможные источники систематических ошибок.
В шести главе иа основе экспериментальных исследований рассматриваются основные факторы, которые в реальном процессе определяют льдообразующую активность аэрозольных частиц и эффективность средства кристаллизации в целом.
Основными факторами, определяющими льдообразующие свойства частицы, являются ее дисперсные и структурные характеристики. На рис.4 приведены данные измерений среднего размера частиц при изменении параметра т. Как видно, в изученном диапазоне изменения этого параметра средний размер частиц для состава с 2% AgJ изменился а 15 раз. Это привело к изменению величины выхода У на три порядка (см.рис.5) при этом подтверждена предсказанная теоретически немонотонна« Зависимость выхода льдообразующнх ядер от этих параметров,
Электронно-микросхопнчесхин анализ показал (рис.бХ что в реальных аэрозолях от пиротехнических составов всегда присутствуют частицы трех видов; крупные частицы инертного вещества с осажденным на ее поверхности хонденсацконно или коагуляционио иодидом серебра, гомогенно образованные
» » « * ч
Рис.4. Изменение среднего размера частиц при изменении т.
частицы- Agi и крупные неактивные частицы инертного вещества. Льдообразующая эффективность аэрозолей и величина выхода в разных термодинамических условиях засева определяются соотношением частиц разных фракций.
Проведенный диффузионно-
.. динамический анализ регистрации именно активной фракции аэрозоля показал, что составные ядра
диаметром более 0.04 мкм по радиусу обеспечивают нуклеацию льда при температуре минус 10 °С в отсутствие пересыщений в переохлажденном тумане. Гомогенно образованные частицы ^gJ размером менее 0.01 мкм формируют ледяные кристаллы только в условиях кратковременных пересыщений водяного пара. При этом оказалось, что уменьшение содержания
. реагента в составе или растворе приводит к сдвигу ' температурной зависимости выхода льдообразующих ядер в область больших переохлаждений, что связано
Рис.6. Электронно - микроскопические фотографии с уменьшением размеров частиц от состава с 0.*%AgI. островковых покрытий AgJ
на поверхности крупных частиц инертного вещества. Это наглядно видно из рис.7., где приведены температурные зависимости выхода ядер кристаллизации для аэрозолей, полученных при сжигании составов с разным содержанием иодида серебра.
Экспериментально показано, что на поверхности всех частиц, формируемых при горении отечественных пиротехнических составов, всегда находится термоковденсациоино осажденный слой гигроскопического вещества (NHJ). Нахождение растворимой соли на поверхности ядра кристаллизации реализует третий, указанный выше, способ активации частиц в полидисперсном аэрозоле.
Рис.5. Зинскмост* выхода лыюобрвзуюшхх uepor m щжтемпературе минус 10 °С.
Однако следует учитывать, что в процессе обводнения льдообразуюшей частицы при растворении соли, возможно немонотонное изменение вероятности нухлеацни льда на поверхности частицы, отмеченное Рейшелом н Вали. Этот факт
экспериментально подтвержден и в наших исследованиях по замораживанию капель растворов. При этом обнаружена вторая область в концентрации соли, где происходит немонотонное изменение вероятности кристаллизации.
Результаты экспериментальных исследований хорошо согласуются с предсказаниями разработанной стохастической модели нуклеации льда из пара.
Влияние различных факторов на поверхностные характеристики
частицы, которые не могут быть количественно учтены в
разработанных выше моделях, изучено на примере газообразных примесей а атмосфере. Впервые обоснованно доказано, что льдообразующая активность аэрозольных частиц разной химической природы существенным образом зависит от содержания в атмосфере малых количеств газообразных галоидов. На рис? приведены зависимости относительного выхода активных частиц от концентрации галоида для аэрозолей веществ различных химичесхих классов,
Рис.7. УделыаЛ выход прообразующих ядер для состама с разным содержанием Agí в условиях пгресшаеиив (а) а иаотгккя(б) яацвоао!. I- 4%, 2-2%, 3- 1%, 4-0,44, S- 0.2%.
Pwc.8.Зависимость, величины активации ядер от «ояцектраяин галоид»: 1- код, I- хлор, 3- бром;
а- водил серебра, б - ЛАМ, в-флороглоаки, г-оке яд никеля, д-фторид вякедя.
как инертных по отношению к реакции иодирования, так и взаимодействующих с йодом, а именно: фторида никеля, окислов никеля и вольфрама, иодндов меди и серебра, флороглюцина и шетилацегоната меди. Как видно, эффективность льдообразования частицами разных веществ err концентрации паров йода имеет немонотонный характер, а присутствие паров хлора и брома во всех случаях приводит х резкому снижению льдообразующей активности. Однозначного объяснения такой зависимости нухлеационной способности частиц от присутствия газообразных галоидов в настоящее время не существует.
В присутствии газообразных органических составляющих антропогенного характера обычно происходит пассивация активности искусственных прообразующих частиц, что проверено на искусственных аэрозолях разных веществ и естественных ядрах кристаллизации. Исследования проводились с газообразными веществами класса алифатических аминов. Такая пассивация связана прежде всего с физическим блокированием поверхности частиц адсорбированными молекулами органического вещества.
Интересный результат был получен при воздействии газообразным хлором на естественные льдообразующие ядра. В этом случае воздействие хлором приводило к некоторому возрастанию первоначальной концентрации льдообразующих ядер, которое составляло от 1,5 до 2 раз при температуре минус 14 °С. По-видимому, выявленное экспериментально незначительное увеличение концентрации естественных ядер при временном воздействии на частицы атмосферного аэрозоля хлором может быть связано с увеличением доли растворимых хлоридов в составе частиц, что, как установлено, может привести к повышению активности частицы.
В заключении главы рассмотрено влияние одного фактора, не связанного с процессом нуклеации льда. Оказывается в начальный момент образования и роста ледяных христаллов в процессе введения льдообразующего аэрозоля в зону засева при определенных температурных условиях может происходить интенсивная агрегация ледяных кристаллов, которая естественно приводит к сильному снижению производительности генератора. При этом обнаружен максимум эффективности агрегации в области температур минус 17 °С, где преобладают кристаллы пластинчатых форм - звездочки. Сделан вывод о более существенном влиянии на агрегацию кристаллов электрических факторов, а не аэродинамических.
В седьмой главе обсуждаются результаты исследований эффективности штатных и экспериментальных средств искусственной кристаллизации переохлажденных облачных сред.
В первом параграфе рассматриваются пиротехнические генераторы, содержащие составы на основе иодкда серебра и иодида свинца, при разработке которых использовались выводы представляемой работы.
На рис.9а,б приведены температурные зависимости выхода активных ядер на грамм состава для модульных элементов, используемых в ракетных противоградовых комплексах «Кристалл», снаряженных штатными составами на основе иодида серебра (рис.9а) и иодида свинца (рис.96). Измерения проводились как ло методике 1 (кривые 1) с воздушным потоком, так и по методике 2 (кривые 2) с переохлажденным двухфазным потоком, которые моделируют функционирование генератора вне облака и непосредственно в переохлажденной части облака
соответственно. При диспергировании реагента вне облака эффективность генератора с
составом на основе иодида свинца оказывается выше, чем для состава с иодндом серебра, при
переохлаждениях,
по крайней мере, до минус 15 °С. В случае генерации аэрозоля в переохлажденной зоне облака соотношение меняется на противоположное. Состав П-50-04-11 обеспечивает больший выход при температурах примерно от минус 7 °С до минус 10 °С. Такая сильная зависимость эффективности от условий ввода реагента в облако объясняется особенностями структурных и дисперсных характеристик формирующихся аэрозолей, что обсуждалось выше. Это связано с активацией аэрозоля кратковременными пересыщениями водяного- пара вблизи генератора при его функционировании в переохлажденном облаке. При
а б
Рвс.9. Эффективность пггаттаа составов П50-04-11 (а) и С6?-К1 (б) при генерации: 1 - вне облака, 2 - внутри облака.
проведении экспериментов подтверждена теоретически предсказанная возможность активации льдообразующих частиц пересыщениями водяного пара при положительных температурах.
Доказано, что уменьшение разницы в производительностях одного и того же генератора для разных условий засева достигается путем создания большего количества составных ядер и введением большого количества гигроскопической добавки. При этом обеспечивается значительно более высокий выход льдообразующих частиц в практически значимом температурном диапазоне от минус 5 °С до минус S °С. Состав, содержащий 2% Agi, с такими
характеристиками разработан в НИИГОС и в настоящее время является штатным. На рис.10 представлены
температурные зависимости выхода для аэрозолей, получаемых при сгорании этого состава. Как и на предыдущих рисунках, кривая 1 относится к данным, полученным по методике 1, а кривая 2 — по методике 2. Результаты по обеим методикам практически совпадают в широком интервале температур. Это обусловлено тем, что в исследуемом аэрозоле концентрация частиц сложной структуры соизмерима с концентрацией гомогенно
сформированных частиц и достигает 5.1013 на грамм состава. Некоторое расхождение кривых 1 и 2 при низких температурах связано с активацией высокоднсперсной фракции аэрозоля, концентрация частиц в которой лишь лез начетельно превышает концентрацию более крупных составных ядер.
Экспериментально показано, что чувствительность производительности генератора к условиям ввода реагента в облако сильно зависит не только от основных параметров процесса, которые обсуждались в разделах 2 и 4, но также от технологии производства состава, конструктивных особенностей шашки активного дыма и генератора и т.п.
* 4 .U .14 .1« .14 tA
Ряс. 10. Эффектное» состава с 2'/. A&J. прн генерации аэроила в облаке (1) н вне облака (2).
Во втором параграфе обсуждаются результаты экспериментальных исследований самолетного ацетонового генератора аэрозолей А{}1 «АКВА», разработанного УкрНИИ, который в течении ряда лет использовался для воздействия на фронтальные слоистые облака в научно-производственной работе по увеличению осадков. При этом выявлены основные расходные характеристики генератора, дисперсные я льдообразующие свойства аэрозолей, формирующихся при горении ацетоновых растворов Показана возможность оперативной регулировки размера формируемых частиц и, соответственно, возможность их активация
В третьем параграфе изучается возможность создания методов и технических средств для генерации аэрозолей перспективных органических льдообразующкх веществ. Такие исследования необходимы для изыскания возможности хотя бы частичной замены дорогостоящего нодида серебра.
Спецефическим свойством аэрозолей большинства органических веществ является их сильная чувствительность к пересыщениям водяного пара относительно воды, что затрудняет их применение в практической работе. Исходя из общих положений об активации льдообразующнх частиц были предложены конкретные способы получения и применения аэрозольных частиц ацешлацетонт меди. Впервые разработаны методы и устройства получения активных частиц гидрофобного ацетилзцетояата меди (ААМ) в струе перегретого водяного пара, обеспечивающие полное проявление ядер в условиях облачной среды. Температурная зависимость выхода N активных ядер для такого генератора, определенная по методике 2, приведена на рис.11. Результаты получены при расходе реагента 0,08 г/с, скорости обдувающего потока 15 м/с и водности переохлажденного потока 0,2 г/м3.
С увеличением водности облака от 1,5 г/м5 и выше необходимость в перегретом паре отпадает. В этом случае активация частиц ААМ происходит в
Pac.ll. Температурная зависимость выхода ядер ААМ при аклоадии пересыщенным варом.
зоне переходных пересыщений, которые возникают за счет вовлечения облачных капель в горячий шлейф за генератором.
Впервые разработаны и исследованы методы генерации аэрозолей ААМ. Эти методы основаны на применении медленно горящих смесей и обеспечивающие получение частиц ААМ , находящихся в смеси с гигроскопическим веществом. Дня такого генератора при температуре минус 10 °С стационарного тумака достигнут выход около 2.10й г'1 ААМ, что уже приемлемо для практики.
В четвертом параграфе излагаются результаты исследования искусственной кристаллизации средствами, основанными на применении жидкого азота. Такие исследования эффективности полноразмерных средств на основе хладореагентов в стендовых условиях проведены впервые. При этом изучена производительность экспериментальных образцов генераторов ледяных кристаллов на основе хладореагента - жидкого азота, разработанных в ЦАО. Показано, что удельный выход ледяных кристаллов на грамм хладореагента зависит от скорости обдувающего потока и может составить 4.10м г1 при 50 м/с.
Одним из способов внесения хладореагента в переохлажденное облако
является способ, основанный на пропитке гранул пористого носителя жидким
азотом, предложенный одновременно ЦАО н Институтом химии поверхности АН
УССР. На рис.12 приведена зависимость
числа ледяных кристаллов Л^, генерируемых
гранулой на метр пройденного пути, от
температуры двухфазного потока. Как видно,
в области температуры от минус 4 °С до
минус 12 °С величина практически
постояна. Здесь следует отметить, что
введеная величина Л^ м'1 физически более
Рис. 12. Эффскпмюсп геверадин обоснована, чем традиционно применяемая ледяных кристалло« порастим
гранулами: величина удельного выхода N г"1, поскольку
1-диаметр 1 см, 2-дяамстр 2сц.
теряет смысл понятие удельного выхода для тел, предварительно охлажденных до низких температур, каковыми являются, например, пористая гранула после испарения жидкого азота или охлажденный металлический шар.
На рис. 13 представлены результаты измерения NL{<) от времени для пористых гранул диаметром 1 и 4 см при скорости потока 10 и 30 м/с. Как видно, спад числа генерируемых на метр пути ледяных кристаллов происходит приблизительно по экспоненциальному закону NL = NLa exp(-f / г), причем характерное время спада г сильно зависит от размера гранулы.
На основании полученных зависимостей была оценена возможность применения пористых гранул в активных воздействиях. Так, оказалось, что при норме засева облачности мощностью 700 м равной 2.I014 кристаллов/км. /4/, необходимо внести на один километр 30 штук пористых гранул диаметром 1 см. Те же нормы засева достигаются при сбросе четырехсангиметровых гранул в количестве 7 ипук/км, что при весе пропитанной гранулы около 26 грамм составит 180 тУкм.
В пятом параграфе обсуждается эффективность различных типов средств искусственной кристаллизации в разных методиках засева облака, т.е. при разных термодинамических условиях процесса искусственной кристаллизации.
Сравнение эффективности! генераторов проведено на основе введенной величины
На рис. 14а приведены температурные зависимости NL м"' для различных генераторов, рассмотренных выше, при движении их непосредственно внутри переохлажденного облака. Здесь кривая 1 соответствует пористой грануле диаметром 2 см при установившейся скорости падения около 20 м/с; кривая 2 -модульный элемент протавоградовой ракеты «Кристалл» с составом С68-К1 с 60*/» иодида свинца; 3 - модульный элемент с составом П-50-04-11 с 2% иодида серебра при скорости 60 м/с; 4 - модульный элемент с экспериментальным составом с 0,4% иодида серебра при скорости 60 м/с; 5 - модульный элемент с
Рис. 13 .Зависимость эффективности пористых гранул от длительности дмжеккя в облаке: I -диаиегр 1 си, 2-дваиетр4см.
экспериментальным составом С6 с 2% ноднда серебра при скорости 30 м/с; 6 -генератор «Алазань - ЗМ» 50-04-02 с 2 % иодида серебра при скорости 100 м/с.
На рис.146 аналогичные кривые 2* - 6* получены по методике 1, соответствующей условиям диспергирования реагентов вне облака и последующего попадания сформированных частиц в зону воздействия без
Как видно, в методиках, предусматривающих движение генератора в облачной среде,
производительность автономных пиротехнических генераторов превышает производительность пористых гранул с жидким азотом при больших переохлаждениях. При температуре минус 5 °С, рассматриваемой в качестве зоны введения реагента по методике преждевременного осадкообразования , число кристаллов, обеспечиваемое одной гранулой, пропитанной жидким азотом, достигается только путем введения сорока модульных элементов, снаряженных составом С68-К1 (кривая 2} или с экспериментальным составом с 2 % А&1 (кривая 5). Сопоставление данных на рис.14а,б показывает, что современный штатный состав 5(ММ-02 является наиболее универсальным для применения в разных ситуациях воздействия.
В параграфе б изучены кинетические характеристики процесса образования льда различными аэрозолями. Эти исследования проведены как на модельных аэрозолях А&1, так и на аэрозолях от пиротехнических составов. Для оценки кинетики процесса нухлеацки впервые введено понятие характерного времени проявления ледяных кристаллов, которое выбрано ках время, за которое сформируется 80% ледяных кристаллов от количества всех ядер, введенных в переохлажденный туман.
значительных пересыщений водяного пара.
а б
Рис.14. Эффектность различных генераторов вря фукхцмоюфйвашш внутри облака (а) и вне облай (б).
Получено, что время проявления ледяных кристаллов в установившемся переохлажденном облаке очень сильно зависит от дисперсных и структурных характеристик аэрозолей, а также от температуры переохлаждения и составляет для исследованных аэрозолей от 2 до 11 минут, при этом определяющую роль в кинетике льдообразования играет дисперсность частиц.
Надо полагать, что при воздействии на аэрозоль кратковременными пересыщениями, согласно полученным теоретическим и экспериментальным выводам, кинетические зависимости проявления ядер радикально изменятся и время кукле&ции значительно уменьшится
Кинетические характеристики аэрозолей необходимо учитывать в методиках воздействия, при этом для воздействия на бысгропротекающие процессы типа градовых следует применять аэрозоли с хорошими кинетическими характеристиками. Для воздействия на медленные процессы, тихие хах туманы парения, более пригодны льдообразукмцие аэрозоли, формируемые при горении, например, экспериментального состава с 0,4% обеспечивающие медленное проявление ледяных кристаллов
В параграфе 7 на примере собственных многолетних экспериментальных исследований различных составов и генераторов, а также результатов теоретических исследований, изложенных в разделах 2,3, и 4, обсуждаются основные положения создания высокоэффективных аэрозолей и составов. Кратко они заключаются в следующем.
Понижение содержания реагента в составе, прежде всего, приводит к изменению дисперсного состава аэрозолей, формируемых при горении пиротехнических смесей. При этом меняется и физико-химическая структура льдообразующих частиц - в аэрозоле увеличивается количество инертных ядер, не содержащих на своей поверхности иодид серебра, и уменьшается количество и размер островков иодцда серебра на поверхности составных частиц. Вследствие уменьшения дисперсности изменяется относительное содержание гигроскопического вещества в частице, что может привести к увеличению растворимости Существенным образом возрастает роль технологических факторов при производственном изготовлении составов.
Все указанные факторы после определенного предела процентного содержания реагента в составе приводят к ухудшению льдообразующих характеристик частиц, формируемых при горении пиротехнического состава. По-
видимому, следует считать, что при соблюдении прочих. равных условий, содержание иоднда серебра 2 'А является тем самым пределом, ниже которого формируемые аэрозоли становятся весьма чувствительными к разным методикам воздействия. Как показывает практика, существующий штатный состав с 2 % А^ также не лишен недостатков, связанных с чувствительностью его г технологии изготовления к с недостаточной величиной выхода активных частиц в области температур около минус 5 ®С - минус б °С.
В этой связи дальнейшие исследования должны быть направлены на разработку составов с несколько увеличенным содержанием иоднда серебра, льдообраэующке свойства которого позволят применять его в самых разных методиках воздействия. Особое внимание при этом необходимо уделять возможной потере реагента при его термодеструкции в процессе горения пиротехнической смеси, а также подавлению активности формируемых частиц газообразными продуктами, выделяющимися в процессе горения. Для характеристики льдообразующей эффективности составов и средств воздействия необходимо ввести дополнительные критерии, учитывающие температурный диапазон их применения, чувствительность к пересыщениям водяного пара н кинетические характеристики льдообразования.
В заключении изложены основные научные результаты и выводы.
В диссертации исследованы основные параметры процесса гетерогенной нуклеацин льда и процесса формирования льдообразующих аэрозолей, которые определяют характеристики искусственных средств кристаллизации. Эти параметры были выявлены с помощью разработанных полуэмпирической теории стохастической нуклеацин лада из пара на твердой подложке и расчетной модели, описывающей процесс формирования льдообразующих частиц при движении генераторов в атмосфере. Знание степени влияния параметров на процесс искусственной кристаллизации позволяет предсказывать поведение различных аэрозолей при разных термодинамических условиях засева облака. С другой стороны появляется возможность целенаправленно изменять и регулировать характеристики технических средств для получения максимального эффекта воздействия и обоснованно подходить к экспериментальным методикам изучение механизма гетерогенной нуклеацин льда.
Основные тучные результаты работы состоят в следующем.
1. Не основании данных о структуре и свойствах граничных слоев и смачивающих пленок воды на твердых поверхностях впервые сформулировано необходимое условие гетерогенной куклеации льда: для реализации устойчивой структуры льда в полимолекулярном адсорбированном слое необходимо, ттобы его толщина превышала суммарную толщину незамерзающих прослоек лед-твердая поверхность и лед-газ при данной температуре.
2. Разработана модель стохастической нуклеации льда на неоднородной поверхности, основанная на статистическом подходе к нуклеации льда на совокупности активных центров. Применение модели позволило получить аналитическое выражения для средней вероятности зарождения льда на участке поверхности и для числа активных льдообразующих частиц в полидисперсном аэрозале в зависимости от температуры и влажности среды, времени, пороговой температуры кристаллизации исходного реагента и скорости разрушения активных центров.
3. Впервые на основе разработанной модели выявлены основные параметры процесса, учет которых позволяет предсказать льдообразуюшую активность частиц при разных термодинамических условиях в облаке
4. Впервые обоснованы способы повышения эффективности кристаллизующих аэрозолей, связанные с созданием локальных кратковременных пересыщении водяного пара непосредственно в зоне введения аэрозоля в облако, образованием составных льдообразующих ядер и покрытием частиц гигроскопическими примесями.
5. Впервые теоретически изучен процесс формирования льдообразующих частиц при функционировании генераторов аэрозолей в условиях их движения в атмосфере. На основании построенной численной модели выявлены основные параметры, определяющие дисперсные и структурные характеристики формируемых аэрозолей, и проанализирована степень влияния каждого параметра на льдообразующую эффективность генератора.
6. Впервые обоснованы методы получения аэрозольных частиц с заданными льдообразуюсцими характеристиками и способы активации частиц органических кристаллизующих веществ.
7. Впервые сформулированы основные требования к экспериментальным методикам исследования искусственных средств кристаллизации переохлажденных облаков и туманов.
8. Экспериментальным и расчетным путем впервые показано, что зависимость выхода льдообразующих ядер от основных параметров может иметь немонотонный характер.
9. Показано, что в реальных аэрозолях от пиротехнических составов всегда существуют частицы трех видов: крупные частицы инертного вещества с осажденным на их поверхности конденсационно или коагуляционно иодидом серебра, гомогенно образованные частицы А^, крупные неактивные частицы инертного вещества. Льдообразующал эффективность аэрозолей и величина выхода в разных термодинамических условиях засева определяются соотношением частиц разных фракций.
10. Впервые экспериментально выявлен характер и степень влияния различных газовых примесей в атмосфере на льдообразуюсцую активность аэрозольных частиц разной химической природы.
11. Изучены кинетические свойства ряда льдообразующих аэрозолей и предложены новые характеристики для оценки эффективности различных средств искусственной кристаллизации.
Основные результаты диссертационной работы. имеющие практическое значение, заключаются в следующем.
1. Разработаны и внедрены в практику методики н аппаратура для исследования эффективности всех типов средств кристаллизации. По этим методикам проводится прямое моделирование процессов формирования аэрозолей и их взаимодействия с переохлажденной облачной средой, что позволяет получать адекватную информацию об эффективности генератора в реальном процессе воздействия. Методики защищены авторскими свидетельствами и не имеют аналогов в мире. К настоящему времени по ним прошли отработку практически все типы генераторов льдообразующих аэрозолей, применяемых в нашей стране.
2. Разработаны методика, м аппаратура для измерения среднего размера льдообразующих чаегкц, находящихся в смеси с неактивными частицами.
3. Проведены исследования эффективности штатных и экспериментальных пиротехнических генераторов, содержащих составы на основе ходила серебра и
иодида свинца. Показано, что при диспергирования реагента непосредственно в переохлажденном облаке производительность генератора льдообразующего аэрозоля может возрастать на несколько порядков величины по сравнению с производительностью, обеспечиваемой при диспергировании в сухой атмосфере. Экспериментально показано, что чувствительность производительности генератора к условиям ввода реагента в облако сильно зависит не только от основных параметров процесса, которые обсуждались в разделах 2 и 4, но также от технологии производства состава, конструктивных особенностей шашки активного дыма и генератора и т.п.
4. Разработаны рекомендации по улучшению льдообразующих характеристик аэрозолей от пиротехнических составов, которые защищены авторскими свидетельствами и реализованы в штатном составе с 2% А^, разработанном в НИИПХ.
5. Разработаны и реализованы модельные генераторы аэрозолей ацетилэцетонате меди.
6. Впервые в стендовых условиях изучена эффективность полноразмерного генератора, основанного на жидком азоте, разработанном в ЦАО. Различные модификации такого генератора успешно используются в работах по рассеянию тумаков и облаков.
7. Проведены сравнения эффекгивностей различных типов генераторов для разных объектов воздействия и определены границы их применимости.
8. Выработаны рекомендации для разработки новых составов с увеличенным выходом ядер в области небольших переохлаждений и с высокой кинетикой образования ледяных кристаллов.
Таким образом, совокупность выполненных исследований представляет собой решение важной научно-технической проблемы - выявление основных параметров процесса гетерогенной нуклеаини льда искусственными средствами кристаллизации , применяемыми для активных воздействий на переохлажденные облачные среды.
По теме диссертации опубликованы следующие работы
I. Ким Н.С., Шкодкин A.B. О необходимом условии гетерогенной нуклеации льда из пара.// Коллоидный журнал, 1987, т.49, N2, c.2J3-257.
2. Ким Н.С., Шкодкии A.B. Универсальная характеристика льдообразующих «ер.// Известия РАН, ФАО, 1992, т. 28, N9. с.967-972.
3. Беляев С.П., Ким Н.С., Сенковенко С.А., Оганесян С.Х. Модельные исследования генераторе» льдообразующих аэрозолей, применяемых для засева облаков.// Метеорология и гидрология, 1983, К 6, с.64-71.
4. Ким Н.С., Шкодкии AB. Исследование льдообразующей активности аэрозолей ацетилашпонага меди в переохлажденном двухфазном потоке.// Метеорология и гидрология, 1986, N 2, с.28-31.
5. Беляев С.П., Ким КС. к др. Дисперсность и структура льдообразующих аэрозолей от составов с малым содержанием AgIM Метеорология и гидрология, 1986, № 3, с.38-44.
6. Беляев С.П., Дьяченко Ю.Д., Ким Н.С., Матвеев Ю.Н., Сидоров А.И. Некоторые результаты сравнительных испытаний генераторов льдообразующих аэрозолей.// Метеорология и гидрология, 1978, № 4, с. 107111.
7. Беляев С.П., Ким КС., Матвеев ЮН Исследование модели самолетного жидкостного генератора льдообразующих аэрозолей.// Метеорология и гидрология, 1978, Jfell.c.l 11-115.
8. Ким Н.С., Шилин А.Г., Шкодкии AB. Влияние паров йода на льдообразующую активность аэрозолей различных веществ.// Коллоидный журнал, 1990, т.52, N4, с.579-581.
9. Беляев С П, Ким НС., Оганесян С.Х., Сенковенко С.А Влияние обдува генератора воздушным потоком на дисперсность конденсирующихся аэрозолей.// Коллоидный ж., 1980. т.42, № 3, с. 21.
10. Беляев С.П., Ким Н С. Разработка методики испытания генераторов льдообразующих аэрозолей и исследование влияния некоторых условий воздействия на выход активных ядер.// Проблемы метеорологии. Сб.статейЛ.. Гидрометеоиздат, 1979, с.29-40..
11. Ким Н.С., Шкодкик A.B., Шилин А.Г. Эффективность средств воздействия на переохлажденные облака при разных условиях их применения. // Активные воздействия на гидрометеорологические процессы. Л. Гидрометеоиздат, 1990, с.471-476.
12. Волкоаицкий О.А, Ким Н.С., Шкодкии A.B. О формировании льдообразующих аэрозолей с оптимальными дисперсными
3J
характеристиками.// Сб.статей «Вопросы физики облаков», Л., Гидрометеоиздат, 1987, с.ЮЗ-Ш.
13. Ким Н.С., Сидоров А.И., Хван СБ., Шкодкин А.В. Структура и свойства льдообразуюших аэрозолей, генерируемых пиротехническими составами. // Активные воздействия на гидрометеорологические процессы, Л., Гидрометеоиздат, 1990, с.496-499.
14. Ким Н.С., Шкодкин. Изменение фонового уровня концентрации атмосферных льдообразуюших ядер.// Сб. статей «Вопросы физики атмосферы». С.-П., 1998, с.407-412.
15. Ким Н.С., Шкодкин А.В. Стохастическая нуклеацня льда на неоднородной поверхности.// Активные воздействия на градовые процессы и перспективы усовершенствования льдообразуюших реагентов для практики активных воздействий. Труды Всесоюзного семинара, Гидрометеоиздат, 1991, с.171-177.
16. Ким Н.С. Исследование влияния условий генерации аэрозоля Agi на его льдообразующую активность.// Труды ЦАО, 1980, вып. 142, с.89-98.
17. Беляев С П., Дьяченхо Ю.Д, Ким Н.С., Матвеев Ю.Н., Сидоров А.И. Исследование эффективности действия натурных пиротехнических генераторов льдообразуюших аэрозолей.// Труды ИЭМ, 1976, вып. 14(59), с.21-32.
18. Беляев С.П., Ким Н.С. Методика испытания генераторов льдообразуюших аэрозолей при скоростях их движения до 500 м/с.// Труды ИЭМ, 1984, вып.7(112), с. 124-130.
19. Ким Н.С., Чкхабах Б.К. Методика исследования генераторов льдообразуюших аэрозолей в двухфазном потоке/ Труды ИЭМ, 1985, вып. 11(32), с. 19-25.
20. Ким Н.С., Шкодкин А.В. Активация льдообразуюших аэрозолей, формируемых при горении пиротехнических составов.// Труды ИЭМ, 1989, вып.48(138), с.41-46.
21 Ким Н.С., Шкодкин А.В., Шилин А.Г. Эффективность генераторов льдообразуюших аэрозолей.// Труды ИЭМ, 1989, вып.48(138),с.46-59.
22. Ким Н.С., Мамонова ИТ. О движении частиц аэрозоля по оси аэродинамической трубы на участке «сопло-рабочая часть».// Труды ИЭМ, 1972, вып. 1(33), с. 57-64.
23. Баженова Р.А , Киселев В.И., Куку Е.Н., Ким Н.С., Шкодкик АВ. Характеристики льдообразующего аэрозоля, создаваемого самолетным генератором в скоростном воздушном потоке. // Труды УкрНИИ, 1991, вып.242, с. 102-110.
. 24. Беляев С.П., Дьяченко Ю.Д, Ким НС., Матвеев Ю.Н., Свдоров А.И. Результаты испытаний пиротехнических генераторов льдообразующих азрозолей7/ Мсждунар. научное совещание по теме № 3, Крым, 1975, тез.дохл., с.6-7.
25. Беляев С.П., Ким Н С. Измерение размера искусственных льдообразующих ядер диффузионными батареями.// Труды ИЭМ, 1980, вып.25(93), с.57-63.
26. Герливанов В.Г., Гусейнов Ш.Л., Диденют Н.К., Иванов В Н., Ким НС., Михалев А.В., Пузов Ю.Н., Смирнов В.В. , Сухов В.А, Шияин А.Г, Шкодкнн А.В Генерация активного аэрозоля в источниках тепла на основе плоских пиротехнических элементов. И Труды ИЭМ, 1990, вып.б., с. 131-139.
27. Головхо Л.В., Ким Н.С., Шкодкик А.В., Шклнн А.Г. Кристаллизация переохлажденного тумана при испарении жидкого азота из пористых носителей.//Труды ИЭМ., 1989, вып.48(138), с.65-71.
28. Ким Н.С., Яскевич Г.Ф. Применение телевизионной техники для исследования коагуляции ледяных кристаллов.// Труды ИЭМ, 1984, вып. 7(112), с.96-101.
29. Ким Н.С. и др. Способ формирования представительных проб аэрозоля.// Авт.св.СССР, № 49S628,1975.
30. Ким Н.С. и др,Устройство для введения реагента в атмосферу.// Авт.св. СССР, N 1729220, 1991.
31. Ким Н.С. и др. Кристаллизующий реагент.//Авт.св. № 1317697,1987.
32. Ким Н.С, Беляев С.П. Способ разбавления проб аэрозолей.//Авт. св. СССР, №808111, 1980.
33. Ким Н.С. и др. Устройство для формирования представительных проб аэрозолей.// Авт. св. СССР, №711414,1979.
34. Ким Н.С. и др. Способ исследования аэрозолей.// Авт.св. СССР, Aá 149239, 1980.
35. Ким Н.С. н др. Способ получения льдообразующих ядер.// Авт. св. СССР, № 926793, 1982.
36. Ким Н.С. и др Устройство для исследования аэрозолей.// Аят.св. СССР, К» 169673, 1982.
37. Ким Н.С. и др. Льдообраэующнй состав.// Авт. св. СССР, № 174127, 1982.
38. Ким Н С. и др. Льдообразуюший состав.// Авт. св. СССР, № 186094, 1983.
39. Ким Н.С. и др. Льдообразуюший состав.// Ast.св. СССР, J6 209289,1983.
40. Ким Н.С. и др. Способ воздействия на переохлажденные облака и туманы.// Авт. ев СССР, X« 1220151, 1985.
41. Ким Н.С. и др. Льдообразуюсций состав.// Авт.св. СССР, № 234009,1986.
42. Ким Н.С. и др. Льдообразуюший состав.// Авт.св. СССР, Ks 269480, 1988.
43. Ким Н.С. и др. Льдообразуюший состав.// Авт.св. СССР, X« 242881,1986.
44. Беляев С.П., Ким Н.С. Измерение размера искусственных льдообразующих «дер диффузионными батареями.// VIII Всесоюзное сов. по проблеме изыскания и исследования льдообраз.реагентов и их аэрозолей. Кишинев, 1977, тез дохл., с 14-15.
45. Беляев С.П., Волковицкмй O.A., Ккм Н.С., Сеиковенко С.А. Влияние условий образования аэрозолей подпетого серебра на их дисперсность и льдообразующую активность.// Междукародн. симпозиум по микрофизике облаков и осадков. Варшава, 1981, тезлокл., с. 132.
46. Беляев С.П., Ким Н.С. Измерение среднего размера льдообразующих частиц при горении пиротехнического состава.// 13 Всесоюзн.конф. «Актуальные вопросы испарения, горения н газовой динамики дисперсных систем. Одесса, 1979, тез.докл., с.
47. Беляев С.П., Ким Н.С. Об оптимизации процесса формирования льдообразующих аэрозолей.// Всесоюзная конф. по физике облаков и активным воздействиям. Нальчих, 1979, тм. докл., с.15.
48. Беляев С.П., Ким Н.С. О конденсации аэрозолей при смешении двух спутиых струй./ Всесоюзное сов. по проблеме изыскания и исследования льдообраз. аэрозолей. Книг имея, 1979, тез. докл., с. 5-6.
49. Беляев С.П., Ким Н.С. Протнвоградавые ракеты в аэродинамической трубе.// Сб. Человек н стихия, М., 1977, с.72-74.
50. Днденхо Н.К., Иванов В.Н., Ким Н.С., Пузов Ю.А., Смирнов В.В., Шнлин А.Г., Шкодкнн A.B., Герливанов В.Г., Гусейнов Ш.Л., Михалев А.Г., Сухов В.А. Пиротехнический генератор для возгонки органических
льаообразукших реагентов .// .Всес. конф. По активным воздействиям на гидрометеорологические процессы, Нальчик, 1991, тез .докл., с.29-30.
51. Кии НС., Сидоров АЛ., Хван С.Б.. Шкодкин А.В. Структура и свойства льдообразующих аэрозолей, генерируемых пиротехническими составами.// Всесоюэн. конф. по активным воздействиям к« гидрометеорологические процессы. Киев, 1987, тез.докл., с. 143-144.
$2. Ким НС., Шкодам АЛ. Формирование гетерогенных аэрозольных частиц при горении пиротехнических смесей7/ Тезлокл. XIV Всесоюзн. конф. «Актуальные вопросы физики аэродисперсных систем», Одесса, 1986, т.2, сЛ9.
53. КимН.С, Шевчук Е.А, ШилииА.Г , Шкодкин АВ. Комплекс аппаратуры и результаты исследований льдообразующих свойств аэрозолей в широких диапазонах концентрации и температуры.// Всес. конф. по активным воздействиям на гидрометеорологические процессы, Нальчик, тез докл., 1991, с.29-30.
54. Ким Н.С., Шкяин АГ, Шкодкин А.В. Эффективность средств воздействия ка переохлажденные облака при разных условиях их применена*.// Всесоюэн. конф. по активным воздействиям на гидрометеорологические процессы. Киев, 1987, техдохл., с.40-41.
35. Ким Н.С., Яскевич Г.Ф. Некоторые результаты исследования коагуляции ледяных кристаллов телевизионным анализатором.// Всесоюзно« со*, по проблеме изыскания и исследования льдообраз. аэрозолей. Кишинев, 1979, тездакл., с.33-34.
56. Belyaev S.P., Volkovitsky О.А, Djatchanko Y D., Kim N.S., Matveev Y.N., Stdorov At. Method and devices for studying crystal reagent efficiency in commercial pyrotechnic«.// Proc. IntConf Weather Modif., Tashkent, 1973, p.llS-116.
57. Belyayev S.P., Kim N.S., Sedunov Yu.S., Volkovhalcy O.A Ways of increasing the ice nucleating effectiveness of cloud seeding agents.// Proc. IV WMO Sci.Conf.on Weather Modif., Honolulu, 1985, v.l, p.273-276.
58. Kim N.S., Shevchuk E.A., Shilin A.G., Shkodkin AV. Ice nuclei inhibition by organic molecules adsorption. // Int. Aerosol Symp., Atmospheric Aerosols. Moscow, March 21-25, 19M, v.l.p.1-3.
59. Kim N.S., Shilin A.G., Shkodkin A.V., Volkovitsky D.A. Ice nucleating efficiency of artificial aerosol in different cloud seeding procedures.// Proc. V WMO Sci. Conf on Weather Modification and Applied Cloud Physics. Beijing. China, 1989, v.l.p.151-153.
60. Kim N.S., Shilin A.G., Shkodkin A.V. Ice forming capability of various aerosols under haloid infIuence.//Proc. XIII Int.Conf on Nucieation and Atmospheric Aerosols. Salt Lake City, USA, 1992, p.473-475.
61. Kim N.S., Shkodkin A.V. Stochastic ice nucieation on nonhomogeneoiis surface.// Proc. XII Int. Conf. on Atmos. Aerosols and Nucieation. Vienna, 1988, p.705-708.
62. Kim N.S., Shkodkin A.V. The common features of ice nuclei concentration -temperature dependencies. // Proc. XTO [nt.Conf. on Nucieation and Atmospheric Aerosols, Salt Lake City, USA, 1992, p.279-281.
63. Kim N.S., Shkodkin A.V. Long-term natural ice nuclei measurements.// Proc. of XTV Intern. Confer, on Nucieation and Atmos. Aerosols. Helsinki, 1996, p.861-819.
64. Malkina A.D., Patrikeev V.V., Kim MS. Directed ice nuclie modification by variation of aerosol particles composition.// Proc. of XTV Intern. Confer, on Nucieation and Atmos. Aerosols. Helsinki, 1996, p.326-329.
Содержание диссертации, доктора физико-математических наук, Ким, Николай Сергеевич
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 физико-химических 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 2.
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 . 206 •
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.
Введение Диссертация по геологии, на тему "Искусственная кристаллизация в переохлажденных облачных средах"
АКТУАЛЬНОСТЬ. Развитие работ по активным воздействиям с целью предотвращения выпадения града, перераспределения осадков, рассеяния туманов и облаков и т.д. обусловили повышение интереса к изучению процесса гетерогенной нуклеации льда в атмосфере, разработке методов воздействия, поиску новых высокоэффективных искусственных средств кристаллизации, а также к разработке технических средств доставки и диспергирования реагентов в облаке. Однако до настоящего времени отсутствуют обоснованные подходы к решению этих задач, поскольку остаются невыясненными основные параметры процесса гетерогенной нуклеации льда и процесса формирования льдообразующих частиц, отсутствуют надежные методы экспериментальных исследований характеристик искусственных средств кристаллизации.
СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ
Искусственные средства кристаллизации (хладореагенты и льдообразующие аэрозоли) получили широкое применение в активных воздействиях на переохлажденные облачные среды. Успех воздействия во многом определяется правильным подбором характеристик применяемого средства. Для случая воздействия хладореагентами существуют хорошо разработанные на основе классической термодинамики теоретические модели гомогенной нуклеации льда, которые являются прогностическими, т.е. позволяют правильно описать процесс воздействия в тех или иных термодинамических условиях в облаке. Разработаны многочисленные технические средства для проведения воздействий по гомогенному механизму, которые в настоящее время успешно применяются. В этом направлении на наш взгляд остаются нерешенными отдельные технические вопросы, связанные с определением производительности этих средств в лабораторных условиях.
Из-за ряда технических преимуществ, обусловленных условиями хранения, доставки и диспергирования в зоне засева облака и т.п, наиболее широко используются льдообразующие реагенты. Внесение высокодисперсных аэрозолей этих веществ в переохлажденную часть облака приводит к гетерогенному образованию льда, т.е. аэрозольные частицы сами служат ядрами, на которых происходит образование и рост ледяных кристаллов. К настоящему времени известен широкий класс веществ, высокодисперсные аэрозоли которых способны с высокой вероятностью инициировать образование ледяных кристаллов.
Существующие представления нуклеации льда на поверхности аэрозольных частиц основаны на развитой Н.Флетчером /117,121/ для случая искривленных поверхностей классической теории гетерогенной нуклеации. В теории Флетчера специфические свойства вещества, которые определяют эффективность зарождения льда на подложке, учитываются двумя параметрами: т -параметром, определяющим отличие межфазных энергий лед-метастабильная фаза (пар или жидкая вода) и лед-подложка, е - упругим напряжением зародыша льда, возникающим из-за отличия параметров кристаллических решеток льда и подложки. Возможность образования льда как в системе пар - твердая поверхность, так и в системе жидкость - твердая подложка привела исследователей к выделению нескольких механизмов гетерогенной нуклеации. Однако однозначных доказательств существования таких механизмов и резкого разграничения областей их реализации в атмосферных условиях в настоящее время не существует. Предписываемые классической теорией Н. Флетчера и ее модификациями основные параметры процесса гетерогенной нуклеации льда во многих случаях не соответствуют имеющимся экспериментальным данным. Так в последние годы обнаружено большой количество высокоэффективных веществ, которые вообще не имеют кристаллической структуры.
Отставание теоретических исследований в этом направлении вызвали многочисленные экспериментальные исследования механизмов зарождения льда на инородной подложке. В этих исследованиях изучалось влияние различных факторов на процесс льдообразования. В результате таких работ был выявлен ряд параметров, которые не учитывались в классической теории. В частности была показана важность поверхностной неоднородности подложки и определяющее значение площади поверхности, а не размера льдообразующей частицы. С другой же стороны размер частицы оказывается очень важным при оценке эффективности технических средств кристаллизации, поскольку характеризует их производительность, т.е. количество создаваемых искусственных ледяных кристаллов.
Оптимальная степень диспергирования реагента, обеспечивающая получение максимального количества активных льдообразующих ядер, определяется эмпирическим путем при моделировании процесса нуклеации в лабораторных условиях. До проведения настоящих исследований факторы, определяющие дисперсные и структурные характеристики аэрозолей, образующихся при функционировании реальных аэрозольных генераторов, надежно установлены не были.
Технология засева облаков предполагает несколько возможных способов введения реагента в облако. Они разделяются на засев по верхней границе облака, засев в подоблачном слое и засев непосредственно внутри облака. При засеве внутри облака, самом распространенном, процесс формирования льдообразующего аэрозоля обычно сопровождается нестационарными пересыщениями, которые в теоретических моделях не учитываются. Имеющиеся экспериментальные данные о степени влияния таких пересыщений на льдообразующую активность аэрозолей не связывают с характеристиками аэрозольных частиц. Применение теоретических моделей гетерогенной нуклеации льда для выбора оптимального размера частиц в таких условиях оказывается затруднительным вследствие неоднозначности доминирующего механизма нуклеации.
Существующие экспериментальные методы исследования искусственных средств кристаллизации, в которых моделирование движения генератора и проявление льдообразующих свойств ядер разнесены во времени и в пространстве зачастую не обоснованы и, очевидно, не пригодны для исследования средств кристаллизации на основе хладореагентов.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ состоит в теоретическом и экспериментальном выявлении основных параметров процесса гетерогенной нуклеации льда при проведении активных воздействий на переохлажденные облачные среды, разработке способов получения льдообразующих аэрозолей с оптимальными дисперсными и структурными характеристиками и разработке экспериментальных методик, обеспечивающих адекватные данные об эффективности искусственных средств кристаллизации в различных условиях воздействия.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ
Впервые на основании имеющихся теоретических и экспериментальных исследований разработана полуэмпирическая модель нуклеации льда на неоднородной поверхности, позволяющая описывать льдообразующую активность аэрозольных ядер с позиций единого физического процесса без выделения нескольких механизмов нуклеации.
Впервые на основе разработанной модели выявлены основные параметры процесса, учет которых позволяет предсказать льдообразующую активность частиц при разных термодинамических условиях в облаке.
Впервые на основе теоретических исследований построена расчетная модель формирования льдообразующих частиц при функционировании аэрозольных генераторов в процессе их движения. На основании этой модели впервые выявлены основные параметры, которые определяют связь условий формирования аэрозолей с эффективностью средств кристаллизации. Показано, что ими являются отношение скорости движения генератора в облаке к скорости истечения газовой струи из сопла генератора, начальная концентрация молекул пара активного вещества в газовой струе, коэффициент турбулентной диффузии, на величину которого влияют конструктивные характеристики генератора.
Впервые обоснованы способы повышения эффективности кристаллизующих аэрозолей, связанные с созданием локальных кратковременных пересыщений водяного пара непосредственно в зоне введения аэрозоля в облако, с образованием составных льдообразующих ядер и с покрытием частиц гигроскопическими примесями.
Впервые сформулированы общие требования, которые должны предъявляться к методикам исследования средств кристаллизации, используемых в различных методах засева облаков и туманов.
Впервые в практике разработаны и созданы стендовые методики, позволяющие проводить испытания различных типов полноразмерных генераторов льдообразующих аэрозолей и ледяных кристаллов при моделировании скоростей их движения до 600 м/с, при разных термодинамических условиях засева облака.
Впервые на базе этих стендов проведено экспериментальное определение эффективности различных средств искусственной кристаллизации, применяемых в нашей стране.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТ.
Результаты настоящих исследований на основании экспериментально измеряемой величины - пороговой температуры кристаллизации, позволяют рассчитывать эффективность льдообразующего аэрозоля в зависимости от температуры и влажности среды.
Полученные данные позволили обосновать ряд способов повышения эффективности льдообразующих аэрозолей и дать практические рекомендации по принципам разработки новых пиротехнических составов и генераторов для активных воздействий. Основные выводы используются в организациях-разработчиках искусственных средств кристаллизации - НИИПХ, ВГИ, ЦАО, ВНИИП «ДАРГ», УкрНИИ и др.
Разработанные методики и аппаратура позволяют проводить систематические испытания эффективности средств искусственной кристаллизации любых типов и конструкций, находящихся в серийном производстве и опытной отработке.
На основании выводов настоящих исследований были разработаны и внедрены в практику активных воздействий несколько пиротехнических составов с содержанием 2% иодида серебра.
ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ:
1.Необходимым условием гетерогенной нуклеации льда из пара является наличие на подложке адсорбированной пленки воды, превышающей по толщине суммарную толщину незамерзающих прослоек лед-подложка и лед-пар.
2 Гетерогенная нуклеация льда на твердой подложке может быть описана в рамках предлагаемой модели как стохастический процесс флуктуационного изменения структуры воды в адсорбированной пленке без выделения нескольких механизмов нуклеации.
3.Дисперсность и структура льдообразующих частиц, формируемых при функционировании генераторов аэрозолей, определяется рядом параметров процесса: отношением скорости движения генератора в облаке к скорости истечения газовой струи из сопла генератора, начальной концентрацией молекул пара активного вещества в газовой струе, коэффициентом турбулентной диффузии, на величину которого влияют конструктивные характеристики генератора.
4.Повышение числа активных ядер в аэрозоле может быть обеспечено путем создания локальных кратковременных пересыщений водяного пара непосредственно в зоне введения аэрозоля в облако, образования составных льдообразующих ядер и покрытия частиц гигроскопическими примесями.
5.Разработанные методики экспериментального определения полноразмерных средств искусственной кристаллизации переохлажденных облачных сред.
6.Способы повышения эффективности пиротехнических составов, основанные на введении в них инертных веществ.
7.Разработанные методы генерации аэрозолей органических реагентов и способы активации таких аэрозолей.
8. Способы применения существующих средств искусственной кристаллизации в разных методиках засева.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты диссертации были представлены на Международной конференции по модификации погоды (Ташкент, 1973 г.), на Международном научном совещании по теме № 3 (Крым, Белогорск, 1975), на УП1 Всесоюзном совещании по проблеме изыскания и исследования льдообразующих реагентов и их аэрозолей (Кишинев, 1977), на Всесоюзной конференции по физике облаков и активным воздействиям (Нальчик, 1979), на 13 Всесоюзной конференции «Актуальные вопросы испарения, горения и газовой динамики дисперсных систем (Одесса, 1979), на Международном симпозиуме по микрофизике облаков и осадков (Варшава, 1981), на IV Международной конференции по модификации погоды (Гонолулу, 1985), на XIV Всесоюзной конференции «Актуальные вопросы физики аэродисперсных систем» (Одесса, 1986), на Всесоюзной конференции по активным воздействиям на гидрометеорологические процессы (Киев, 1987), на XII Международной конференции по атмосферным аэрозолям (Вена, 1988), на V Научной конференции ВМО по модификации погоды и прикладной физике облаков (Пекин, 1989), на Всесоюзной конференции по активным воздействиям на гидрометеорологические процессы (Нальчик, 1991), на XIII Международной конференции по нуклеации и атмосферным аэрозолям (Солт Лейк Сити, США, 1992), на Международном аэрозольном симпозиуме (Москва, 1994), на XIV Международной конференции по нуклеации и атмосферным аэрозолям (Хельсинки, 1996), (Таиланд, 1999), на Юбилейной конференции «Состояние и перспективы развития технологии и технических средств воздействия на гидрометеорологические процессы» (Чебоксары, 1999).
Одна из методик экспериментального определения эффективности полноразмерных генераторов льдообразующих аэрозолей в 1978 г. представлялась на ВДНХ и была отмечена бронзовой медалью. Основные результаты работы опубликованы в 75 работах ( в том числе, в 14 изобретениях). В диссертацию включены результаты, которые были получены лично автором или при его непосредственном участии.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.
Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, библиографии (281 наименования); содержит 271 страницу машинописного текста (включая библиографию) и 76 рисунков.
Заключение Диссертация по теме "Физика атмосферы и гидросферы", Ким, Николай Сергеевич
Основные результаты диссертационной работы, имеющие практическое значение заключаются в следующем.
1. Разработаны и внедрены в практику методики и аппаратура для исследования эффективности всех типов средств кристаллизации. По этим методикам проводится прямое моделирование процессов формирования аэрозолей и их взаимодействия с переохлажденной облачной средой, что позволяет получать адекватную информацию об эффективности генератора в реальном процессе воздействия. Методики защищены авторскими свидетельствами и не имеют аналогов в мире. К настоящему времени по ним прошли отработку практически все типы генераторов льдообразующих аэрозолей, применяемых в нашей стране.
2. Разработана методика и аппаратура для измерения среднего размера льдообразующих части, находящихся в смеси с неактивными частицами.
3. Проведены исследования эффективности штатных и экспериментальных пиротехнических генераторов, содержащих составы на основе иодида серебра и иодида свинца. Показано, что при диспергирования реагента непосредственно в переохлажденном облаке производительность генератора льдообразующего аэрозоля может возрастать на несколько порядков величины по сравнению с производительностью, обеспечиваемой при диспергировании в сухой атмосфере. Экспериментально показано, что чувствительность производительности генератора к условиям ввода реагента в облако сильно зависит не только от основных параметров процесса, которые обсуждались в разделах 2 и 4, но также от технологии производства состава, конструктивных особенностей шашки активного дыма, генератора и т.п.
4. Разработаны рекомендации по улучшению льдообразующих характеристик аэрозолей от пиротехнических составов, которые защищены авторскими свидетельствами и реализованы в штатном составе с 2% разработанным в НИИПХ.
5. Разработаны и реализованы модельные генераторы аэрозолей ацетилацетоната меди.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В диссертации исследованы основные параметры процесса гетерогенной нуклеации льда и процесса формирования льдообразующих аэрозолей, которые определяют характеристики искусственных средств кристаллизации. Эти параметры были выявлены с помощью разработанных полуэмпирической теории стохастической нуклеации льда из пара на твердой подложке и расчетной модели, описывающей процесс формирования льдообразующих частиц при движении генераторов в атмосфере. Знание степени влияния параметров на процесс искусственной кристаллизации позволяет предсказывать поведение различных аэрозолей при разных термодинамических условиях засева облака. С другой стороны появляется возможность целенаправленно изменять и регулировать характеристики технических средств для получения максимального эффекта искусственной кристаллизации переохлажденных облачных сред и обоснованно подходить к экспериментальным методикам изучения механизма гетерогенной нуклеации льда.
Основные научные результаты работы состоят в следующем.
1. На основании данных о структуре и свойствах граничных слоев и смачивающих пленок воды на твердых поверхностях впервые сформулировано необходимое условие гетерогенной нуклеации льда: для реализации устойчивой структуры льда в полимолекулярном адсорбированном слое необходимо, чтобы его толщина превышала суммарную толщину незамерзающих прослоек лед-твердая поверхность и лед-газ при данной температуре.
2. Разработана модель стохастической нуклеации льда на неоднородной поверхности, основанная на статистическом подходе к нуклеации льда на совокупности активных центров. Применение модели позволило получить аналитическое выражения для средней вероятности зарождения льда на участке поверхности и для числа активных льдообразующих частиц в полидисперсном аэрозоле в зависимости от температуры и влажности среды, времени, пороговой температуры кристаллизации исходного реагента и скорости разрушения активных центров.
3. Впервые на основе разработанной модели выявлены основные параметры процесса, учет которых позволяет предсказать льдообразующую активность частиц при разных термодинамических условиях в облаке.
4. Впервые обоснованы способы повышения эффективности кристаллизующих аэрозолей, связанные с созданием локальных кратковременных пересыщений водяного пара непосредственно в зоне введения аэрозоля в облако, образованием составных льдообразующих ядер и покрытием частиц гигроскопическими примесями.
5. Впервые теоретически изучен процесс формирований льдообразующих частиц при функционировании генераторов аэрозолей в условиях их движения в атмосфере. На основании построенной численной модели выявлены основные параметры, определяющие дисперсные и структурные характеристики формируемых аэрозолей, и проанализирована степень влияния каждого параметра на льдообразующую эффективность генератора.
6. Впервые обоснованы методы получения аэрозольных частиц с заданными льдообразующими характеристиками и способы активации частиц органических кристаллизующих веществ.
7. Впервые сформулированы основные требования к экспериментальным методикам исследования искусственных средств кристаллизации переохлажденных облаков и туманов.
8. Экспериментальным и расчетным путем впервые показано, что зависимость выхода льдообразующих ядер от основных параметров может иметь немонотонный характер.
9. Показано, что в реальных аэрозолях от пиротехнических составов всегда существуют частицы трех видов: крупные частицы инертного вещества с осажденным на ее поверхности конденсационно или коагуляционно иодидом серебра, гомогенно образованные частицы AgJ и крупные неактивные частицы инертного вещества. Льдообразующая эффективность аэрозолей и величина выхода в разных термодинамических условиях засева определяются соотношением частиц разных фракций.
10. Впервые экспериментально выявлен характер и степень влияния различных газовых примесей в атмосфере на льдообразующую активность аэрозольных частиц разной химической природы.
11. Изучены кинетические свойства ряда льдообразующих аэрозолей и предложены новые характеристики для оценки эффективности различных средств искусственной кристаллизации.
Библиография Диссертация по геологии, доктора физико-математических наук, Ким, Николай Сергеевич, Обнинск
1. Абрамович Г.Н. (под редакцией). Турбулентное смешение газовых струй.// Изд. Наука, М., 1974.
2. Абрамович Г.Н Прикладная газовая динамика.// Изд. Наука, М., 1969, 824 с.
3. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй.// Госиздат ФМ, М., 1969, 716с.
4. Абшаев М.Т, Тлисов М.И., Федченко Л.М. Современные методы и технические средства, применяемые при воздействии на градовые процессы.//ВНИИГМИ-МЦЦ. Обзор, Обнинск, 1985, вып.7, 36с.
5. Адамсон A.B. Физическая химия поверхности.// Изд. Мир, М., 1979, 568 с.
6. Аксенов М.Я. и др. Исследование льдообразующей активности аэрозолей ацетилацетоната меди различной дисперсности.// Труды ЦАО, 1979, вып. 142, с.82-88.
7. Аксенов М.Я. и др. Самолетная камера ЦАО для измерения концентрации ледяных кристаллов (САЛЯ-1).// Труды ЦАО, 1980, вып. 137, с. 123-127.
8. Амелин А.Г. Теоретические основы образования тумана при конденсации пара.// Изд. Химия, 1972, 304 с.
9. Ананян A.A. О значении короткодействующих сил при кристаллизации воды в тонкодисперсных горных породах.// В кн. «Связанная вода в дисперсных системах», МГУ, 1972, вып.2, с. 175-179.
10. Баззаев Т.В., Плауде Н.О. Опыт воздействия на слоистообразные облака генераторами льдообразующих частиц разной производительности.// Всес.конф. по активным воздействиям на гидрометеорологические процессы, Киев, 1979, тез. до кладов, с. 168-169.
11. Баззаев Т.В., Смородин В.Е. О гетерогенной нуклеации льда на аэрозольных ядрах с модифицированной поверхностью.// Труды ЦАО, 1986, вып. 162, с. 119-128.
12. Бакланов A.M. и др. Исследование дисперсности и льдообразующей активности аэрозолей йодистого серебра, генерируемых пиросоставами.// Изв.АН СССР, ФАО, 1983, т. 18, с.506-502.
13. Бакланов А.М. и др. Новая установка для исследования льдообразующей активности аэрозолей.//Известия СО АН СССР, сер.химических наук, 1976, вып.4, с. 155-161.
14. Баханов В.П. Генерация ледяных кристаллов хладореагентов для целей активных воздействий на переохлажденные облака и туманы.// ВНИИГМИ-МЦД. Обзор, Обнинск, 1981, вып. 9, 50 с.
15. Баханов В.П., Манжара A.A. Генерация ледяных кристаллов пористым слоем твердой углекислоты // Труды УкрНИГМИ, 1976, вып. 144, с.33-44.
16. Баханов В.П., Манжара A.A. Кинетика перегонки пара в полидисперсном аэрозоле, генерируемом пористым слоем твердой углекислоты.// Труды УкрНИГМИ, 1978, вып. 161, с.36-45.
17. Баханов В.П., Манжара A.A. О температурной зависимости удельного выхода ледяных кристаллов, генерируемых поверхностью хладореагента.// Труды УкрНИГМИ, 1974, вып. 130, с. 18-26.
18. Баханова P.A., Киселев В.И., Куку Е.И., Ким Н.С., Шкодкин A.B. Характеристики льдообразующего аэрозоля, создаваемого самолетным генератором в скоростном воздушном потоке.// Труды УкрНИИ, 1991, вып.242, с. 102-110.
19. Баханова P.A. и др. Исследование процесса генерации ледяных кристаллов в переохлажденном тумане при воздействии хладореагентами.// Труды УкрНИГМИ, 1978, вып. 161, с.46-63.
20. Баханова P.A. О механизме образования ледяных кристаллов на кристаллизующих реагентах.// ВНИИГМИ-МЦЦ. Обзор, Обнинск, 1978, 30 с.
21. Баханова P.A., Киселев В.И. Исследование структуры воды, адсорбированной на AgJ при различной влажности.// Труды УкрНИГМИ, 1977, вып. 152, с.22-25.
22. Баханова P.A., Киселев В.И., Головко JI.B. Исследование скорости испарения жидкого азота из пористых гранул. // Труды УкрНИИ, 1986, вып.218, с.89-93.
23. Баханова P.A., Киселев В И., Олейник Р.В., Плауде Н.О., Гришина Н.П. Исследование характеристик льдообразующего аэрозоля, полученных сжиганием растворов.//Труды УкрНИИ, 1984, вып.203, с.73-78.
24. Баханова P.A., Киселев В.И., Солянек Е.Г. Экспериментальное исследование генерации ледяных кристаллов гранулой твердой углекислоты.//Труды УкрНИИ, 1976, вып. 144, с.44-48.
25. Беляев СП., Дьяченко Ю.Д., Ким НС., Матвеев Ю.Н., Сидоров А.И. Некоторые результаты сравнительных испытаний генераторов льдообразующих аэрозолей.//Метеорология и гидрология, 1978, № 4, с. 107111.
26. Беляев С П., Дьяченко Ю.Д., Ким НС., Матвеев ЮН, Сидоров А.И. Исследование эффективности действия натурных пиротехнических генераторов льдообразующих аэрозолей.// Труды ИЭМ, 1976, вып. 14(59), с.21-32.
27. Беляев С.П., Волковицкий O.A., Дьяченко Ю.Д., Ким Н.С., Матвеев Ю.Н., Серегин Ю.А., Сидоров А.И., Шишминцев В.В. Способ формирования представительных проб аэрозоля.// Авт.свид.СССР, М., № 495628.
28. Беляев С.П., Ким Н.С. и др. Дисперсность и структура льдообразующих аэрозолей от составов с малым содержанием AgJ.// Метеорология и гидрология, 1986, № 3, с.38-44.
29. Беляев С.П., Ким НС. Измерение размера искусственных льдообразующих ядер диффузионными батареями.// Труды ИЭМ, 1980, вып.25(93), с.57-63.
30. Беляев С.П., Ким Н.С. Методика испытания генераторов льдообразующих аэрозолей при скоростях их движения до 500 м/с.// Труды ИЭМ, 1984, вып.7(112), с. 124-130.
31. Беляев С П., Ким Н.С. Разработка методики испытания генераторов льдообразующих аэрозолей и исследование влияния некоторых условий воздействия на выход активных ядер.// Проблемы метеорологии. Сб.статей.Л., Гидрометеоиздат, 1979, с.29-40.
32. Беляев С.П., Ким Н.С., Матвеев Ю.Н. Исследование модели самолетного жидкостного генератора льдообразующих аэрозолей.// Метеорология и гидрология, 1978, №11, с. 11-115.
33. Беляев С П., Ким Н.С., Оганесян С.Х., Сенковенко С.А. Влияние обдува генератора воздушным потоком на дисперсность конденсирующихся аэрозолей.//Коллоидный ж., 1980, т.42, № 3, с. 21.
34. Беляев СП., Ким Н.С., Сенковенко С.А., Оганесян С.Х. Модельные исследования генераторов льдообразующих аэрозолей, применяемых для засева облаков.// Метеорология и гидрология, 1983, № 6, с.64-71.
35. Беляев СП., Ким Н.С., Сидоров А.И., Хван СБ., Шкодкин A.B. Дисперсность и структура льдообразующих аэрозолей от состава с малым содержанием AgJ.// Метеорология и гидрология, 1986, № 3, с.38-43.
36. Березинский H.A. и др. Аппаратура, методика и результаты исследования атмосферных льдообразующих ядер.//Метеорология и гидрология, 1980, № 8, с.105-110.
37. Богатова Н.Ф., Будераская Г.Г., Товбин М.В. Адсорбция паров воды на кристаллах йодистого серебра.// В кн. «Абсорбция и адсорбанты». Киев, Наукова Думка, 1972, вып.1, с.120-123.
38. Бромберг JI.B. и др. К вопросу о льдообразующей эффективности аэрозоля флороглюцина, полученного взрывом.// Труды ГТО, вып.302, с. 173.
39. Волковицкий O.A. О моделировании начальной конденсационной стадии формирования облачного спектра в камере.// Труды Симпозиума по физике облаков. София, 1967, с.79-92.
40. Волковицкий O.A., Игнатенко В.И. Аэродинамическая труба для исследования с двухфазным потоком.// Труды ИЭМ, 1969, вып.1, с.3-9.
41. Волковицкий O.A., Ким Н.С., Шкодкин A.B. О формировании льдообразующих аэрозолей с оптимальными дисперсными характеристиками.// Сб.статей «Вопросы физики облаков», Л., Гидрометеоиздат, 1987, с. 103-111.
42. Воронов Г.С. К вопросу о возможности рассеяния переохлажденных облаков слоистых форм и туманов большой вертикальной мощности.// Труды УкрНИИ, 1986, вып.218, с.31-44.
43. Герливанов В.Г., Гусейнов Ш.Л., Диденко Н.К., Иванов В.Н., Ким Н.С., Михалев A.B., Пузов Ю.Н., Смирнов В.В., Сухов В.А., Шилин А.Г., Шкодкин A.B. Устройство для введения реагента в атмосферу. А.с.СССР, № 1729220, 1991.
44. Гзиришвили Т.Г., Карцивадзе А.И., Окуджава Д.М. Гетерогенная нуклеация льда.// Тбилиси, Мецниереба, 1984, 140 с.
45. Головко Л.В., Ким Н.С., Шкодкин A.B., Шилин А.Г. Кристаллизация переохлажденного тумана при испарении жидкого азота из пористых осителей.//Труды ИЭМ., 1989, вып.48(138), с.65-71.
46. Головко и др. Исследования покрытия поверхности кремнезема йодидом серебра при адсорбции его из паровой фазы.// Труды УкрНИИ, 1985, вып.24, с.92-95.
47. Горбунов Б.З., Какуткина H.A., Куценогий К.П. и др. Кинетика образования ледяных кристаллов на аэрозольных частицах в переохлажденном тумане. Влияние истощения водяного пара. // Изв.АН СССР, ФАО, 1986, т.22, № 4, с.437-438.
48. Горбунов Б.З. и др. Влияние пересыщений на льдообразующую активность йодистого серебра.// Изв.АН ССР, ФАО, 1980, т. 16, № 7, с.720-728.
49. Горбунов Б.З. и др. Возможные механизмы образования льда на частицах йодистого серебра в диффузионной камере.// Метеорология и гидрология, 1980, № 6, с.57-62.
50. Горбунов Б.З., Какуткина H.A., Куценогий К.П, Макаров В.И. Исследование зависимости льдообразующей активности аэрозолеййодистого серебра от дисперсности.// Известия АН СССР, ФАО, 1976, т. 12, с. 1295-1302.
51. Дерягин Б.В. Некоторое применение идей Гиббса в статистической термодинамике поверхностных явлений.// В кн. «Современная теория капиллярности». JL, Химия, 1980, с.86-99.
52. Дерягин Б.В. Общая теория нуклеации. Теория гомогенной конденсации при умеренных пересыщениях.// ДАН СССР, 1970, т. 193, № 5, с. 1096-1099.
53. Дерягин Б.В., Чураев Н.В. Смачивающие пленки.//М., Наука, 1984, 159 с.
54. Дерягин Б.В., Чураев Н.В., Муллер В.М. Поверхностные силы.// М., Наука, 1985,399 с.
55. Дубрович H.A., Кузьмин В.Л., Шиняев Б.И. Исследование поверхностей, стимулирующих замерзание воды.//Коллоидный ж., 1987, т.47, № 6, с.1172-1175.
56. Духин С.С., Бережная И.Н., Силаев A.B. Исследование фазовых переходов в переохлажденном тумане поточным методом.// Коллоидный ж., 1962, т.24, № 1, с. 115-116.
57. Духин С.С., Ярощук А.Э. Проблема граничного слоя и двойной электрический слой.// Коллоидный ж., 1982, т.44, № 5, с.885-895.
58. Жихарев A.C., Кондратенко В.А. Льдообразующие характеристики твердой углекислоты в поточной камере холода.//Труды ВГИ, 1983, вып.50, с.66-69.
59. Жихарев А.С., Хоргуани В.Г. Исследование льдообразующей активности противоградовых изделий «Эльбрус-2» в свободной атмосфере.// Труды ВГИ, 1969, вып. 14, с.49-60.
60. Качурин Л.Г. и др. Искусственная кристаллизация переохлажденных водных аэрозолей.// Метеорология и гидрология, 1982, № 5, с. 106-108.
61. Качурин Л.Г. и др. Исследование льдообразующей активности некоторых реагентов при диспергировании их в сверхзвуковой струе пересыщенного водяного пара.// Труды ИГ АН ГССР, 1984, вып. 52, с. 80-84.
62. Качурин Л.Г. О вероятности образования ледяных зародышей в переохлажденной воде.//Метеорология и гидрология, 1976, № 8, с.48-54.
63. Качурин Л.Г. Физические основы воздействия на атмосферные процессы.// Л., Гидрометеоиздат, 1978, 455 с.
64. Квилидзе В.И., Курзаев А.Б. Свойства тонких слоев воды по данным метода ЯМР.// Сб. «Поверхностные силы в тонких пленках», М., Наука, 1979, 229 с.
65. Ким Н.С., Шкодкин A.B. Активация льдообразующих аэрозолей, формируемых при горении пиротехнических составов.// Труды ИЭМ, 1989, вып.48(138), с.41-46.
66. Ким Н.С., Шкодкин A.B. Формирование гетерогенных аэрозольных частиц при горении пиротехнических смесей.// Тез.докл. XIV Всесоюзн. конф. Актуальные вопросы физики аэродисперсных систем, 1986, т.2, с.39.
67. Ким Н.С., Шкодкин A.B. Исследование льдообразующей активности аэрозолей ацетилацетоната меди в переохлажденном двухфазном потоке.// Метеорология и гидрология, 1986, № 2, с.28-31.
68. Ким Н.С., Шкодкин A.B., Шилин А.Г. Эффективность генераторов льдообразующих аэрозолей.// Труды ИЭМ, 1989, вып.48(138), с.46-59.
69. Ким Н.С., Шкодкин A.B. Универсальная характеристика льдообразующих ядер. // Известия РАН, ФАО, 1992, т 28, № 9, с.967-972.
70. Ким Н.С. Исследование влияния условий генерации аэрозоля AgJ на его льдообразующую активность.//Труды ЦАО, 1980, вып. 142, с.89-98.
71. Ким Н.С., Сидоров А.И., Хван С.Б., Шкодкин A.B. Структура и свойства льдообразующих аэрозолей, генерируемых пиротехническими составами. // Активные воздействия на гидрометеорологические процессы, JL, Гидрометеоиздат, 1990, с.496-499.
72. Ким Н.С., Шкодкин A.B., Шилин А.Г. Эффективность средств воздействия на переохлажденные облака при разных условиях их применения. // Активные воздействия на гидрометеорологические процессы, JI, Гидрометеоиздат, 1990, с.471-476.
73. Ким Н.С., Мамонова И.Г. О движении частиц аэрозоля по оси аэродинамической трубы на участке «сопло-рабочая часть».// Труды ИЭМ, 1972, вып. 1(33).
74. Ким Н.С., Сенковенко С.А., Шкодкин A.B., Чихабах Б.К. Кристаллизующий реагент./Авт.св. СССР, № 1317697.
75. Ким Н.С., Шилин А.Г., Шкодкин A.B. Влияние паров йода на льдообразующую активность аэрозолей различных веществ.// Коллоидный журнал, 1990, т.52, №4, с.579-581.
76. Ким Н.С., Шкодкин A.B. О необходимом условии гетерогенной нуклеации льда из пара.// Коллоидный журнал, 1987, т.49, № 2, с.253-257.
77. Ким Н.С., Лскевич Г.Ф. О коагуляции ледяных кристаллов.// Труды ИЭМ, 1984, вып. 7(112), с.96-101.
78. Ким Н.С., Чихабах Б.К. Методика исследования генераторов льдообразующих аэрозолей в двухфазном потоке.// Труды ИЭМ, 1985, вып. 11(32), с. 19-25.
79. Ким.Н.С. Исследование льдообразующей активности аэрозоля йодистого серебра в зависимости от условий его формирования.// Дисс.на соиск. уч.ст. к.ф.-м.н., Обнинск, 1978, 189 с.
80. Коган Я.И., Бурнашева З.Ф. Укрупнение и измерение ядер конденсации в непрерывном потоке.// Физ.химия, 1969, т.34, вып. 12.
81. Кравченко И.И., Лехтмахер С.О., Рузер JT.C. Определение дисперсности аэрозолей диффузионным методом.// Труды Института физики и математики АН Лит.ССР. Защита атмосферы от загрязнений, Вильнюс, 1974, вып.2.
82. Кравченко И.И., Лехтмахер С.О., Рузер Л.С. Расчет диффузионного осаждения частиц аэрозоля с логарифмически нормальным распределением по размерам в цилиндрических каналах.// Коллоидный ж., 1971, т.ЗЗ, с.923-924.
83. Красновская Л И. и др. Изыскание способов повышения выхода активных центров, образующихся при введении реагентов типа пропан в переохлажденном тумане.// Отчет ВНТИЦ, 1976, №Б453965, 35с.
84. Крестов Г.А. Термодинамика ионных процессов в растворах.// Л., Химия, 1984, 272 с.
85. Лактионов А.Г. Концентрация облачных ядер конденсации в струе газотурбореактивного двигателя и дымовых шашек, использующихся для воздействия на облака.// Труды ИПГ, 1970, вып. 12.
86. Лактионов А.Г. Характеристики мгновенных точечных и трассирующих источников ледяных ядер.// Метеорология и гидрология, 1983, №1, с.37-43.
87. Левков Л., Генадиев Н. К вопросу об исследовании льдообразующей активности ацетилацетоната меди.// Хидрология и метеорология, 1977, т.24, кн. 6, с. 68-70.
88. Левков Л., Генадиев Н. Экспериментальное исследование температуры замерзания переохлажденных водяных капель.// Тр.Симпозиума по физике облаков, София, 1967, с. 173-179.
89. Лесков Б.Н. О соотношении между дозировкой реагента и шириной зоны кристаллизации.// Всес.конф. по активным воздействиям на гидрометеорологические процессы, Киев, тез.докл., 1987, с.144-145.
90. Лехтмахер С О. Диффузионный метод и аппаратура для измерений дисперсного состава высокодисперсных радиоактивных аэрозолей.// Автореферат канд. диссертации, ВНИИФТРИ, М., 1977, 25 с.
91. Лехтмахер C O., Рузер Л.С. О погрешностях определения параметров логарифмически нормального распределения аэрозольных частиц по размерам диффузионным методом.//Коллоидный ж., т.35, вып.5, с.805-807.
92. ЮО.Лушников A.A., Сутугин А.Г. О спонтанной конденсации при смешении разнотемпературных потоков.// Теоретические основы химической технологии, 1974, т.8, № 4, с.608-610.
93. Мазловский A.A. Кинетика лавинной конденсации молекулярного аэрозоля окиси железа.//Коллоидный ж., 1970, т.32, вып.2, с.238-244.
94. Малкина А.Д., Патрикеев B.B. Ацетилацетонат меди как льдообразующий реагент.//Труды ЦАО, 1978, вып. 132, с. 103-107.
95. Матвеев Л.Т. Курс общей метеорологии. Физика атмосферы.// М., Гидрометеоиздат, 1976, 639с.
96. Морачевский В.Г., Дубрович H.A., Попов А.Г. Процессы гетерогенного льдообразования и энергетика адсорбции.//Труды ГГО, 1976, вып.372, с.62-70.
97. Ю5.Москвитин H.H., Дубинин М.М., Сарахов А.И. Исследование адсорбции паров воды на ионных кристаллах.// Изв. АН СССР, ОХН, 1960, № 1, с.9-14.
98. Юб.Никандров В.Я. Искусственные воздействия на облака и туманы.// Л., Гидрометеоиздат, 1959, 190 с.
99. Панов В.Н., Яскевич Г.Ф. Телевизионный спектрометр аэрозолей «Аспект-10».// Труды ИЭМ, 1983, вып.7(112), с.36-48.
100. Петров Ю.И. Кластеры и малые частицы.// М., Наука, 1986, 367 с.
101. ПО.Пиотрович В.В. Флороглюцин кристаллизатор капель водыпереохлажденного тумана и облачности.//Труды ГТО,1966,вып.186, с.10-17.
102. Ш.Плауде Н.О., Соловьев А.Д. Контактная нуклеация льда.// Труды ЦАО, 1978, вып. 132, с.3-31.
103. Плауде Н.О. Исследование льдообразующих свойств аэрозолей йодистого серебра и йодистого свинца.//Труды ЦАО, 1967, вып.80, 88с.
104. ПЗ.Плауде Н.О., Соловьев А Д. Льдообразующие аэрозоли для воздействия на облака.//ВНИГМИ-МЦД, Обзор, Обнинск, 1979, 82 с.
105. Попов А.П. и др. Химическая классификация льдообразующих веществ и их свойства.// 3 Всесоюзное совещание по вопросам изысканияльдообразующих реагентов и исследования их действия, тез. докл., Кишинев, 1977, с. 12-13.
106. Рузер JI.C. Радиоактивные аэрозоли.// Изд.Комитета стандартов мер и измерительных приборов при СМ СССР, 1968, 190 с.
107. Сенковенко С.А., Ким Н.С., Шкодкин A.B., Чихабах Б.К. Кристаллизующий реагент. A.c. СССР № 1317697, 1987.
108. Сидоров А.И., Тиванский В.М., Хван С Б., Силин H.A., Нуждин Н.В., Волковицкий O.A., Ким Н.С., Шкодкин A.B. А.с-242881, 1986.
109. Силаев A.B. и др. Поточная камера для проявления мембранных фильтров при исследовании льдообразующих ядер.// Труды УкрНИИ, 1983, вып. 193, с.103-113.
110. Смородин В.Е. Двухбарьерная нуклеация на активном центре энергетически неоднородной поверхности.// ДАН СССР, 1987, т.294, № 3, с.595-599.
111. Соловьев А.Д. Камеры туманов.// Труды ЦАО, 1978, вып. 131, 126 с.
112. Соловьев А.Д., Плауде Н.О. Оценка возможностей использования органических реагентов типа флороглюцина в практике активных воздействий.// Отчет ВНТИЦ, 1976, № 453963, с. 59.
113. Способ получения льдообразующих ядер. ( Беляев С.П., Ким Н.С. и др.) Авт. св. СССР, №926793.
114. Сумин Ю.П., Торопова Н.В. Результаты исследований льдообразующего действия пиротехнических составов с иодидами серебра и свинца при воздействии переохлажденные слоистообразные облака.// Труды ГТО, 1972, вып.278, с.78-90.
115. Сутугин А.Г. Образование аэрозолей при объемной конденсации быстрого типа.// Докторская диссертация, М., НИФХИ, 1975, 345 с.
116. Сутугин А.Г., Гримберг А.Н. Конденсация пара при охлаждении затопленной струи.//Теплофизика высоких температур, 1975, т.13, с.787-795.
117. Сутугин А.Г., Котцев Э.И., Фукс H.A. Образование конденсационных высокодисперсных нескоагулированных аэрозолей.// Коллоидный ж., 1971, т.ЗЗ, № 4, с.585-591.
118. Сутугин А.Г., Лушников A.A. О механизме образования высокодисперсных аэрозолей неорганических веществ.// Коллоидный ж., 1974, т.36, №2, с.306-311.
119. Сутугин А.Г., Лушников A.A., Черняева Г.А. Бимодальное распределение по размерам в высокодисперсных аэрозолях.// Коллоидный ж., 1973, т.35, № 5, с.923-927.
120. Сутугин А.Г., Симонов А .Я., Котцев Э.И. О характере зависимости коэффициента конденсации от размера зародышей новой фазы.// Коллоидный ж., 1975, т.37, № 2, с.312-316.
121. Сутугин А.Г., Фукс H.A. Образование конденсационных аэрозолей при быстроменяющихся внешних условиях.// Коллоидный ж., 1970, т.32, № 2, с.255-260.
122. Сутугин А.Г., Фукс H.A. Образование конденсационных аэрозолей при высоких пересыщениях.//ПМТФ, 1968, № 3, с.134-143.
123. Товбин M.B. и др. Исследование льдообразующей активности двухкомпонентных аэрозолей.// Физика аэродисперсных систем, 1983, вып.23, с. 13-16.
124. Товбин М.В., Товбина З.М. Роль адсорбции в механизме гетерогенной кристаллизации переохлажденной воды.// Коллоидный ж., 1978, т. 40, № 4, с.802-805.
125. Туницкий H.H. О конденсации пересыщенных паров.// Журнал физической химии, 1941, т. 15, вып. 10, с. 1061-1071.
126. Фомкин A.A. и др. Адсорбция газов, паров и жидкостей в микропорах как единое явление.// ДАН СССР, 1986, т.288, № 3, с.678-681.
127. Френкель Я.В. Кинетическая теория жидкостей.// Л., Наука, 1975, 592 с.
128. Фукс H.A. Механика аэрозолей.// М. Изд. АН СССР, 1955, 351 с.
129. Хижняк А.Н. Разработка способа искусственного рассеяния переохлажденных туманов над аэродромами с помощью наземных пропановых систем.//Канд. дисс., Долгопрудный, 1985, 84 с.
130. Хинце И.О. Турбулентность.// М., Фзматгиз, 1963, 680 с. 85.
131. Хоргуани В.Г. Микрофизика зарождения и роста града.// М., Гидрометеоиздат, 1984, 187 с.
132. Хоргуани В.Г., Жихарев A.C., Мяконький Г.Б. Льдообразующая активность аэрозолей AgJ и РЫг, полученных при взрыве.// Известия АН СССР, ФАО, 1974, т.10,№1, с. 100-104.
133. Aksenov M.Ya., Lisenkova N.V., Plaude N.O. Ice nucleation by silver iodide particles with nearly critical sizes.// Proc. XI Int.Conf.on Atmos.Aerosols, Condens. And Ice Nuclei, Budapest, 1984, v.2, p.20-24.
134. Allard F., Kassner J. New cloud-chamber method for the determination of homogeneous nucleation rate.//J.Chem.Phys., 1965, v.42, p. 1401-1405.
135. Anderson B J. et.al. A study of homogeneous condensation freezing nucleation of small water droplets in expansion cloud chamber.// J.Atmos.Sci., 1972, v.37, N 11, p.2508-2520.
136. Anderson B.J., Hallet J. Supersaturation and time dependence of ice nucleation from the vapor on single crystal substrates.// J/Atmos.Sci., 1976, v.33, N 3, p.822-832.
137. Angell C.A. Supercooled water.// In "Water, a comprehensive treatise", v.7, 1982, p. 1-81.
138. Barchet W.R., Corrin M.L. Water vapor adsorption by pure silver iodide above ice saturation.// J.Phys.Chem., 1972, v.72, N 16, p.2280-2285.
139. Beaglehole D., Nason D. Transition layer on the surface of ice.// Surface Sci., 1980, v.96, N 1-3, p.357-363.
140. Belyaev S.P., Volkovitskii O.A., Djatchanko Yu.D., Kim N.S., Matveev Y.N., Sidorov A.I. Method and devices for studying crystal reagent efficiency in commercial pyrotechnics.// Proc. Int.Conf.Weather Modif., Tashkent, 1973, p.115-116.
141. Belyaev S.P., Kim N.S., Sedunov Yu.S., Volkovitsky O.A. Ways of increasing the ice nucleating effectiveness of cloud seeding agents.// Proc.IV WMO Sci.Conf.on Weather Modif., Honolulu, 1985, v.l, p.273-276.
142. Berglund E.R., Mace A C. Rate of solution of ice nuclei in water drops and its effect on nucleation.// J.Appl.Meteorol., 1972, v. 11, N 5, p.813-817.
143. Bigg E.K. The supercooling of water.//Proc. Phys. Soc., 1953, v.l, p.688-694.
144. Birstein S.J. The role of adsorption in heterogeneous nucleation.// J.Meteorol., 1955, v. 12, p.324-331.
145. Blair D.N., Davis B.L., Dennis A.S. Cloud chamber tests of generators using acetone solution of AgJ-NaJ, AgJ-KJ and AgJ-NILt J.// J.Appl.Meteorol., 1973, v.12, N 6.
146. Blumenstein R.R., Finnegan W.G., Grant L.O. Ice nucleation by silver iodide-sodium iodide: A réévaluation.// J. Weather Modif., 1983, v. 15, N 1, p. 11-15.
147. Borys R.D., Duce R.A. Relationships among lead, iodine, trace metals and ice nuclei in a coastal urban atmosphere.// J.Appl.Meteorol., 1979, v. 18, N12, p. 1490-1499.
148. Bryant G.W., Hallett J., Mason B.J. The epitaxial growth of ice on single crystalline substrates.//J. Phys. Chem. Solids, 1959, v. 12, p.189-195.
149. Cmilong B.M. Sublimation in outdoor air and seeded sublimation.// Nature, 1949, v. 163, p.727-728.
150. Cooper W.A. A method of detecting contact ice nuclei using filter samples.// VIII Conf.Int.Phys.de Nuages, Clermont-Ferrand, 1980, p.665-668.
151. Cooper W.A. A possible mechanism for contact nucleation.// J.Atmos.Sci., 1974, v.31, N 7, p.1832-1837.
152. Cooper W.A., Knight Ch. A. Heterogeneous nucleation by small liquid particles.// J/Aerosol Sci., 1975, v.6, N 1, p.213-221.
153. Corrin M.L. The role of vapor adsorption in heterogeneous ice nucleation.// Proc.Int.Conf. Weather Modif., Canberra, 1971, p.57-61.
154. Corrin M.L., Barnes R. In-situ silver iodide coated titanum dioxide as an ice nucleant.// J. Appl.Meteorol., 1976, v.15, N 4, p.413-414.
155. Corrin ML., Moulic S.P., Cooley B. The surface chemistry of condensation nuclei: III adsorption of water vapor on doped silver iodide.// J.Atmosp.Sci., 1967, v.24, p.530-532.
156. Davis B.L. et al. Particle size and nuclei activity characteristics of slow output AgJ generator.// J.Weather.Modific., 1973, v.5, p. 178-216.
157. Davis B.L., Jonson L.R., Moeng M.I. An explanation for the unusual nucleating ability of aerosols produced from the AgJ-NFLJ acetone system.// J.Appl.Meteorol., 1975, v. 14, p.891-896.
158. Davis C.I., Auer A.H. The possibility of collision nucleating by an AgJ aerosol in orographic cap cloud.//J.Rech.Atmos., 1968, v.6, N1-2-3, p.108-115.
159. Davis C.L., Steel R.L. Performance characteristics of various artifical ice nuclei sources.//J.Appl.Meteorol., 1968, v.7, p.667-673.
160. Davis B.L. An examination of the theory of heterogeneous nucleation of ice.// J.Atmos.Sci., 1972, v.29, N 3, p.557-564.
161. Donnan J. A. et al. Nucleating efficiencies of AgJ-NH4J and AgJ-NaJ acetone solutions and pyrotechnic generators as a function of LWC and generator flame temperature, a preliminary report.// J.Weather Modific., 1970, v.2, p. 154-164.
162. Eadie W.J., Mee T.R. The effect of dry ice pellet velocity on regeneration of ice crystals.//J.Appl.Meteorol., 1963, v.2, N2, p.260-265.
163. Edwards G.R. Ice nucleation under pressure in solution.// Trans.Faraday Soc., 1967, v.63, N540, p.3060-3065.
164. Edwards G.R., Evans L.F. Effect of surface charge on ice nucleation.// Trans.Faraday Soc., 1962, v.58, p. 1649-1655.
165. Edwards G.R., Evans L.F. Ice nucleation by silver iodide. 1. Freezing vs. Sublimation.// J.Meteorol., 1960, v. 17, N 6, p.627-634.
166. Edwards G.R., Evans L.F. Ice nucleation by silver iodide. 3. The nature of the nucleating site.//J.Atmos.Sci., 1968, v.25, N2, p.249-256.
167. Edwards G.R., Evans L.F. The mechanism of activation of ice nuclei.// J.Atmos.Sci., 1971, v.28, N 8, p. 1443-1447.
168. Edwards G.R., Evans L.F., La Mer V.K. Ice nucleation by monodisperse silver iodide particles.// J.Colloid Sci., 1962, v. 17, N 3, p.749-758.
169. Ewans L., Lane I. Line tansion and ice nucleation theory.// J.Atmosp.Sci., 1973, v.30, p.326-331.
170. Federer B., Schneider A. Properties of pirotechnic nucleants used in Grossversuch IV.// J.Appl.Meteorol., 1982, v.20, N 9, p.997-1005.
171. Fletcher N.H. Active sites and ice crystal nucleation.// J.Atmos.Sci., 1969, v.26, N6, p. 1266-1271.
172. Fletcher N.H. High-temperature contact nucleation of supercooled water by organic chemicals.//J.Appl.Meteorol., 1972, v.ll, N.6, p.988-993.
173. Fletcher N.H. On contact nucleation.// J.Atmos.Sci., 1970, v.27, N 7, p.1098-1099.
174. Fletcher N.H. On ice crystal production by aerosol particles.// J.Meteorol., 1959, v.16, N 2, p. 173-180.
175. Fletcher N.H. Size effect in heterogeneous nucleation.// J.Chem.Phys., 1958, v.29, p.572-576.
176. Fletcher N.H. Some molecular aspect of ice crystal nucleation.// Z.Ang.Math.Phys., 1963, v. 14, N 5, p.487-496.
177. Fletcher N.H. Surface structure of water and ice. 2. A revised model.// Phil. Mag., 1968, v. 18, N 156, p.1287-1300.
178. Fletcher N.H. Surface structure of water and ice.// Phil. Mag., 1962, v.7, N 74, p.255-269.
179. Fletcher N.H. The physics of rainclouds.// Cambrige, University Press, 1962, 386p.
180. Fukuta N. A study of the mechanism of contact ice nucleation.// J.Atmos.Sci., 1975, v.32, N 10, p. 1597-1603.
181. FukutaN. Advances in organic ice nuclei generator technology.// J.Rech.Atmos., 1972, v.6,N 1-3, p. 155-164.
182. Fukuta N. Application of slow acting contact-freezing nuclei in ice phase weather modification.// Proc. IV WMO Sci.Conf.on Weather Modif., Honolulu, 1985, v. 1, p.219-224.
183. Fukuta N. Experimental studies of organic ice nuclei.// J.Atmos.Sci., 1966, v.23, N 2, p. 191-196.
184. Fukuta N. Mechanism of heterogeneous deposition ice nucleation near water-saturation.// Proc. XI Int.Conf. on Aerosols, Condens. And Ice nuclei., Budapest, 1984, v.2, p. 5-9.
185. Fukuta N. Molecular mechanisms of ice nucleation.// Proc. VIII Int.Conf. on Nucleation, Leningrad, 1973, p.26-36.
186. Fukuta N, Schaller R.C. Ice nucleation by aerosol particles: theory of condensation-freezing nucleation.// J.Atmos.Sci., 1982, v.39, N 3, p.648-655.
187. Fukuta N, Paik Y. A supersonic expansion method of ice nuclei generation for weather modification.// J.Appl.Meteorol., 1976, v.15, N 9, p.996-1003.
188. Fukuta N., Paik Y. Water adsorption and ice nucleation on silver iodide surfaces.// J.Appl. Phys., 1973, v.44, N 3, p. 1092-1100.
189. Fukuta N., Schaller R.C. Determination of ice nucleation by fallig dry ice pelllets.// J. Appl. Meteorol., 1971, v. 10, N 6, p. 1174-1179.
190. Fukuta N, Wang A.S. The mechanism of habit development in diffusional ice crystal growth.// Proc. IX Int.Conf.Cloud Physics, Tallin. USSR, 1984, p. 159162.
191. Gagin A., Arroyo M. A thermal diffusion chamber for the measurement of ice nucleus concentration.// J.Rech.Atmos., 1969, v.4, N 1, p. 115-122.
192. Garvey D.M. Testing cloud seeding materials at the Cloud Simulation and Aerosol Laboratory, 1971-1973.//J. Appl.Meteorol., 1975, v.14, N 5, p.883-889.
193. Garvey D.M., Davis C.Y. Ice nucleation characteristics of AgJ aerosols in an isothermal cloud chamber.// Proc.VIII Intern.Conf.Nucleation. Lenindrad, 1973, p.166-173.
194. Genadiev N., Dobisk V., Levkov L. On the decrease in freezing temperature of waterdrops contaminated with AgJ with repeated freezing.// C.R.Acad.Bulg.Sci., 1970, v.23, N 8, p.935-938.
195. Genadiev N., Michailov M., Nenov D. Ice nucleation activity of AgJ particles on the surface of water and into the volume.// Cryst. Res.Technol., 1986, v.21, N 10, p.1253-1255.
196. Gerber H.E. Relationship of size and activity for AgJ smoke particles.// J.Atmos.Sci., 1976, v.33, N 4, p.667-677.
197. Gerber H.E. Size and nucleating ability of AgJ particles.// J.Atmos.Sci., 1972, v.29, N 2, p.391-392.
198. Gokhale N.R. The mechanism of ice-nucleation induced by AgJ particles in a supercooled cloud.// VII Int.Conf.Condens. and Ice Nuclei, Prague, 1969, p.200-205.
199. Gorbunov B.Z., Kakutkina N.A. Ice crystal formation on aerosol particles with a non-uniform surface.// J.Aerosol Sci., 1982, v.13, N 1, p.21-28.
200. Gormley P., Kennedy M. Diffusion from a streem flowing though a cylindrical tube.//Proc.Roy.Irish.Acad., 1949, v.52A,N12, 163-169.
201. Grant L.O., Corrin M L. Raw and iodine-treated automobile exhaust as a source of ice nuclei.// J.Weather Modif., 1973, v.5, N 2, p.238-248.
202. Gravenhorst G., Corrin M.L. Ice nucleation and the adsorption of water on pure anf doped silver iodide.// J.Rech.Atmos., 1972, v.6, N 1-3, p.205-212.
203. Hale B.N. et.al. Monte-Carlo studies of water layers adsorbed on a model basal face of AgJ.// Proc. XI Int.Conf.on Atmos.Aerosols, Condens. and Ice Nuclei, Budapest, 1984, v.2, p. 190.
204. Hall P.G. Tompkins S.K. Adsorption of water vapor on insoluble metal halides.// Trans.Faraday Soc., 1962, v.58, p. 1734-1745.
205. Hallet J., Shrivastava S.K. Nucleation of supercooled water by large single crystals of silver iodide.// J.Rech.Atmos., 1972, v.6, N 1-3, p.223-236.
206. Hicks J.R., Vali G. Ice nucleation in clouds by liquefied propane spray.// J.Appl Meteor., 1973, v.12, N 6, p.1025-1034.
207. Hobbs P.V., Chang S., Locatelli J.D. The dimensions and aggregation of ice crystals in natural clouds.//J.Geoph.Research, 1974, v.79, N 15, p.2199-2206.
208. Hoffer T.E. A laboratore study of droplet freesing.// J.Meteorol., 1961, v. 18, p.766-777.
209. Huffman K. Supersaturation spectra of AgJ and natural ice nuclei.// J.Appl.Meteorol., 1973, v. 12, N 6, p. 1080-1082.
210. Hussain K., Saunders C.P.R. Ice nucleus measurement with a continious flow chamber.// Quart. J.Royal.Met.Soc., 1984, v.l 10, N 463, p.75-84.
211. Isaka H., Pejonx R., Soulage G. Relation between ice-forming ability and conditions of formation of silver iodide nuclei.// J.Atmosp.Sci., 1972, v.29, p.1329-1333.
212. Isono K., Ishizaka Y. On ice nucleating properties of different faces of silver iodide crystals.// J.Recher.Atmos,, 1986, v.3, N 1-2, p. 139-140.
213. Katz U. Cloud-chamber investigation of ice nucleation activity.// Z.Angew.Math.Phys., 1962, v. 13, N 2, p.333-358.
214. Kim N.S., Shkodkin A.V. Stochastic ice nucleation on nonhomogeneous surface. // In "Atmospheric Aerosols and Nucleation", 1988, P.E.Wagner and G.Vali (Eds.), Springer, Berlin, p.705-708.
215. Kim N.S., Shevchuk E.A., Shilin A.G., Shkodkin A.V. Ice nuclei inhibition by organic molecules adsorption. // Int.Aerosol Symp., Atmospheric Aerosols, Moscow, March 21-25, 1994, v.l, p. 1-3.
216. KimN.S., Shilin A.G., Shkodkin A.V. Ice forming capability of various aerosols under haloid influence. // Proc. XIII Int.Conf. on Nucleation and Atmospheric Aerosols, Salt Lake City, USA, 1992.
217. Kim N.S., Shkodkin A.V. The common features of ice nuclei concentration -temperature dependencies. // Proc. XIII Int.Conf. on Nucleation and Atmospheric Aerosols, Salt Lake City, USA, 1992, p.279-281.
218. Knight Ch.A. Ice nucleation in the atmosphere.// Adv.Colloid and Interface Sci., 1979, v. 10, N1-4, p.369-395.
219. Langer G. Analysis of lesults from Second International Ice Nucleus Workshop with emphasis of expansion chambers, NCAR counters and membrane filters.// J.Appl.Meteorol., 1973, v. 12, N 6, p.991-999.
220. Langer G. Evoluation of NCAR ice nucleus counter. Part 1: Basic operation.// J.Appl.Meteorol., 1973, v. 12, N 6, p. 1000-1011.
221. Layton R.G., Caple G. Activation and deactivation of silver iodide aerosols in the atmosphere.// Proc.IV WMO Sci.Conf. on Weather Modif., Honolulu, 1985, v.l, p.229-233.
222. Lothe J., Paund C.M. Reconsiderations of nucleation theory.// J.Chem.Phys., 1062, v.36, N 8, p.2080-2085.
223. Manton M.J. Parametrization of ice nucleation on isoluble particles.// Tellus, 1983, v.35B, N 4, p.275-283.
224. May K.R. and Clifford J. The impaction of aerosols particles on cylinders, spheres ribbons and discs.// Ann.Occup.Hag., 1967, v. 10, p.83-85.
225. Mont P. J., Finnegan W.G., Grant L.O. An application of chemical linetic theory and metodology to characterize the ice nucleating properties of aerosols used for weather modification.//J.Clim.Appl.Meteorol., 1983, v.22, N 7, p. 1190-1203.
226. Montmory R.L. Mecanisme de condensation-congelation a faible sursaturation par rapport a la glace.// J.Rech. Atmos., 1980, v. 14, N 1, p. 71-79
227. Morgan G.M., Alle P.A. The production of potential ice nuclei by gasoline engines.// J.Appl.Meteorol., 1968, v.7, N 2, p.241-246.
228. Mossop S., Yayaweera K. AgJ-NaJ aerosols as ice nuclei.// J.Appl.Meteorol., 1969, v.8,p.241-248.
229. Mossop S.C., Tuck-Lee C. The composition and size distribution of aerosols produced by burning solution of AgJ and NaJ in acetone.// J.Appl.Meteorol., 1968, v.7, p.234-239.
230. Murty A.S.R., Murty Bh.V.R. Ice nucleation at warmer temperatures by silver iodide and silver iodide systems.// J.Rech. Atmos., 1972, v.6, N 1-3, p.457-467.
231. Nason D., Fletcher N.H. Photoemission from ice and water surfaces: Quasiliquid layer effect.// J.Chem.Phys., 1975, v.62, N 11, p.4444-4449.
232. Ohtomo M., Wakahama G. Grows rate and recrystallization in ice.// J.Phys.Chem., 1983, v.87, N 21, p.4139-4142.
233. Ontake T. Cloud settling chamber for ice nuclei count.// Proc.Int.Con.Weather Modification, Canberra, 1971, p.38-41.
234. Parungo F.P., Ackerman E., Pueshel R.F. AgJ nuclei: Physical and chemical properties depending of their generating procedure.// Prepr.IV Conf.Weather Modific., Fort Lauderdale, 1974, p. 165-172.
235. Parungo P.P. Electron-microscopic study of silver iodide as contact or sublimation nuclei.// J.Appl.Meteorol., 1973, v.12, N 3, p.517-521.
236. Passarely R.E., Chessin H., Vonnegut B. Ice nucleation in supercooled cloud by CuJ-3AgJ and AgJ aerosols.// J.Appl.Meteorol., 1974, v. 13, N8, p.946-948.
237. Patrikeev V.V., Malkina A.D., Kartsivadze A.I. Method of crystallization of water in supercooled clouds and fogs and reagent useful in said method.// Патент США, кл.252-319, 1975, N 3887580.
238. Plooster M.N., Gitlin S.N. Phase transitions in water adsorbed on silica surfaces.// J.Phys.Chem., 1971, v.75, N 21, p.3322-3326.
239. Pruppacher H.R., Klett J.D. Microphysics of clouds and precipitation.// Reidel Publishing Co., Dordrecht. 1978, 714 p.
240. Purungo F.P., Rhea J.О. Lead measurement in urban air as it relates to weather modification.// J.Appl.Meteorol., 1970, v.9, N 3, p.241-246.
241. Reed S. On the early stages of condensation of rare gas tyre molecules.// J.Chem.Phys., 1952, v.28, N2, p.208-214.
242. Reischel M.T. Variation of the activity of ice nuclei upon exposure to ammonium ion and iodine.// Tellus, 1987, V.39B, N 4, p.363-373.
243. Reischel M.T., Vali G. Freezing nucleation in aqueous electrolytes.// Tellus, 1975, v.27, N 4, p.414-427.
244. Rosinski J., Nagamoto C.T. Contact nucleation of ice by natural aerosol particles.// J.Aerosol Sci., 1976, v.7, N 1, p. 1-4.
245. Rosinski J., Parungo F. Terpene-iodine compounds as ice nuclei.// J.Appl.Meteorol., 1966, v.5, N 1, p. 119-123.
246. Rosinsky R., Snow I. Secondary particulate matter from meteovapors.// J.Meteorol., 1961, v. 18, N 6, p.736-751.
247. Saunders C.P.R., Wahab H.M.A. The influence of electric fields on the aggregation of ice crystals.// J.Meteorol.Soc. Japan, 1975, v.53, N 2, p. 121-126.
248. Sax R., Goldsmith P. Nucleation of water drops by Brownian contact with AgJ and other aerosols.// Quart.J.Roy.Meteorol.Soc., 1972, v.98, p.60-72.
249. Schaller R.C., Fukuta H. Ice nucleation by aerosol particles: Experimental studies using a wedge-shaped ice thermal diffusion chamber.// J.Atmos.Sci., 1979, v.36, N 9, p.1788-1802.
250. Simpson J. et al. An airbone pyrotechnics cloud seeding system and its use.// J.Appl.Meteorol., 1970, v.9, p. 109-122.
251. Smith E.I.I, et al. Performance measurements of silver-iodide smoke generators oh aircrafts.// J.Appl.Meteorol, 1966, v.5, p.292-295.
252. Smith-Johannsen R.I. Ice crystal agglomeration: T-formation. // J.Atmos.Sci., 1969, v.26, N 3, p.532-534.
253. Vali G. Atmospheric ice nucleation. A review.// J.Rech.Atmos., 1985, v. 19, N 23, p.105-115.
254. Vali G. Contact-freezing nucleation measured by the DFC instrument.// Third Int.Workshop on ice nucleus measurements, Laramie, WY, 1976, p.159-178.
255. Vali G. Quantitative evaluation of experimental results on the heterogeneous freezing nucleation of supercooled liquids.// J.Atmos.Sci., 1971, v.28, N 3, p.402-409.
256. Vonnegut B., Baldwin M. Repeated nucleation of super-cooled water sample that containes silver iodide particles.// J.Clim.Appl.Meteor., 1984, v.23, N 2, p.486-490.
257. Wang M.K., Vonnegut B. Repeated nucleation of super-cooled water sample.// J.Rech.Atmos., 1984, v. 18, N 1, p.23-29.
258. Warburton J.A., Hefferman K.I. Time lag in ice crystal nucleation by silver iodide. //J.Appl.Meteorol., 1964, v.3, p.788-791.
259. Weicmann H.K., Katz U., Stell R.L. AgJ sublimation or contact nucleus.// Prepr.Second Nation.Conf.Werther Modif., Santa Barbara, California, 1970, p.332-336.
260. Weinstein A.I., Hicks J.R. Use of compressed air for supercooled fog dispersal.// J.Appl.Meteor., 1976, v.15, N6, p.1226-1233.
261. White G.M. Steady state random walks with application to homogeneous nucleation.// J.Chem.Phys., 1969, v.50, N 11, p.4172-4678.271
262. Young K.C. The role of contact nucleation in ice phase initiation in clouds.// J.Atmos.Sci., 1974, v.31, N3, p.768-776.
263. Zettlemoyer A.C. Hydrophobic surfaces. //J.Colloid and Interface Sci., 1968, v.20, N 3/4, p.343-369.
264. Zettlemoyer A C., Tcheurekdjian N., Hosier S.L. Ice tiucleation by hydrophobic substrates.//Z.Angew.Math.Phys., 1963, v. 14, N 5, p.496-502.
-
Ким, Николай Сергеевич
-
доктора физико-математических наук
-
Обнинск, 1999
-
ВАК 04.00.23
- Кинетика роста и кристаллизации пленок воды на поверхностях тел различных форм
- Электрические методы искусственного регулирования осадков
- Электрические явления в облаках и разработка физических основ воздействия на них
- Исследование процессов гомогенной и гетерогенной кристаллизации в сверхзвуковой струе пересыщенного водяного пара
- Численное моделирование активного воздействия на теплые и переохлажденные туманы
