电磁波增强高压电极用于消雾和人工降雨雪装置及方法 |
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| 申请号 | CN202211436081.0 | 申请日 | 2022-11-16 | 公开(公告)号 | CN116196717B | 公开(公告)日 | 2024-04-19 |
| 申请人 | 华中科技大学; | 发明人 | 于克训; 肖梦涵; 李传; 张明; 杨勇; 潘垣; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了 电磁波 增强高压 电极 用于消雾和人工降雨 雪 装置及方法，属于人工影响天气领域，包括带电粒子播撒系统、电磁波发生系统和监测控制系统；电磁波发生系统产生电磁波，作用于荷电雾滴或荷电液滴， 电场 与 磁场 共同作用改变运动速度与运动轨迹，增强微粒间的相对运动与碰撞， 加速 碰并增长，缩短作业时间；带电粒子播撒系统通过电晕放电产生正、负带电粒子；监测控制系统实时监测环境气象参数，控制电磁波的工作状态和运行参数。本发明能够增强荷电雾滴或液滴与其它微粒间的相对运动，加速碰撞，显著提高团聚效率，在较短作用时间内高效完成消雾或人工降雨雪。 | ||||||
| 权利要求 | 1.电磁波增强高压电极用于消雾和人工降雨雪装置，其特征在于，包括带电粒子播撒系统、电磁波发生系统和监测控制系统； |
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| 说明书全文 | 电磁波增强高压电极用于消雾和人工降雨雪装置及方法技术领域[0001] 本发明属于人工影响天气领域，更具体地，涉及电磁波增强高压电极用于消雾和人工降雨雪装置及方法。 背景技术[0002] 带电粒子用于消雾和人工降雨雪具有气象窗口条件要求低、无需特殊工质环境友好、作业区域灵活可控、不影响交通运行、可持续作业经济效益好等优点。荷电后的雾滴、水汽分子做无规则热运动，与悬浮在空气中的其它微粒发生扩散传质和碰撞合并，促进原始雾滴或液滴生长并沉降，提升能见度或降雨量。但仅靠带电粒子间静电力的作用，雾滴和水汽分子的相对运动速度差较小，碰撞效率不高，若要达到理想的消雾或人工降雨雪效果，需要较长的作用时间。电磁波具有噪声小、能量高、传播速度快、稳定性好、精准度高等优势。为了优化利用带电粒子人工影响天气的操作性能，可引入时变电磁波作用于荷电雾滴或液滴，电场与磁场共同作用增强微粒间的相对运动与碰撞，团聚效率显著提高，作业时间明显缩短。 发明内容[0003] 针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供电磁波增强高压电极用于消雾和人工降雨雪装置及方法，使得荷电雾滴或液滴与其它微粒间的相对运动加快，碰并增长加速，团聚效率显著提高，能够在较短作用时间内高效完成消雾或降雨雪。 [0004] 时变电磁波增强正负交替阵列式高压电极影响天气的原理：大气中悬浮着许多的气溶胶粒子和电离离子，气溶胶粒子提供了气‑粒转化的基底，大气离子提供了有利于水汽凝聚的中心，水汽在其表面发生气‑粒异质核化。核化粒子通过凝结、碰并两种重要过程进一步生长，直至自然沉降。凝结增长依靠水汽分子在热运动过程中的扩散传质过程，碰并增长依靠水汽分子在热运动过程中的碰撞和融并。正负交替阵列式高压电极通过放电产生大量正、负带电粒子，使空气中部分雾滴、液滴和其它微粒带电。水分子为极性分子，带电粒子的静电场对其分子团簇具有极化效应，形成非接触的电场凝聚力，促进荷电液滴的碰并增长。引入时变电磁波，电场与磁场的共同作用能够增强荷电雾滴、荷电液滴与中性水汽分子的相对运动，提高荷电微粒的团聚效率，缩短达到预期效果所需的作业时间。 [0005] 本发明是通过以下技术方案实现的： [0006] 本发明一方面提供一种电磁波增强高压电极用于消雾和人工降雨雪装置，包括带电粒子播撒系统、电磁波发生系统和监测控制系统； [0007] 带电粒子播撒系统用于通过电晕放电产生正、负带电粒子，使得作业区域内的微粒荷电，形成荷电雾滴或荷电液滴； [0008] 电磁波发生系统用于产生电磁波，作用于荷电雾滴或荷电液滴，电场与磁场共同作用改变微粒的运动速度与运动轨迹，增强微粒间的相对运动与碰撞，加速碰并增长，缩短作业时间； [0009] 监测控制系统用于实时监测环境气象参数，控制电磁波发生系统的工作状态和运行参数。 [0010] 进一步地，电磁波发生系统包括电磁波发生器、牵引车头和液压转向剪叉式升降平台； [0011] 电磁波发生器安装放置在液压转向剪叉式升降平台上，由牵引车头带动在作业区域内自由往复运动；液压转向剪叉式升降平台可以灵活调整电磁波发生器的角度和高度。 [0012] 进一步地，带电粒子播撒系统包括多个正负极性交替排列的高压电极和高压电源，通过高压电源在高压电极上施加高电压，高压电极附近由于局部电场强度超过气体的电离场强，会使得气体发生电离和激励，发生电晕放电，产生正、负带电粒子。 [0014] 能见度仪、雨量计可按需布置在作业区域的任意位置，监测作业过程中的环境气候参数，并进行实时分析；中央控制器根据现场气候参数，控制牵引车头车速、液压转向剪叉式升降平台旋转角度和升降高度、电磁波发生器功率和高压电源电压。 [0015] 本发明另一方面提供一种电磁波增强高压电极用于消雾和人工降雨雪方法，包括如下步骤： [0016] S1.正负交替阵列式高压电极产生大量的正、负带电粒子使作业区域内的微粒荷电，电磁波发生器产生的电磁波作用于荷电微粒，加速雾滴、液滴的碰并增长与自然沉降，形成荷电雾滴或荷电液滴； [0017] S2.实时监测环境气象参数，将电磁波作用于荷电雾滴或荷电液滴，电场与磁场共同作用改变微粒的运动速度与运动轨迹，实现消雾或人工降雨雪。 [0018] 牵引车头带动电磁波发生器在作业区域内自由往复运动，通过中央控制器调整各装置的工作状态和运行参数，在较短作业时间内实现消雾或人工降雨雪；当能见度仪、雨量计实测数据达到预期人工影响天气效果时，结束作业。 [0019] 通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下[0020] 有益效果： [0021] 本发明所提供的多个高压电极正负交替式排列，相邻两高压电极产生的带电粒子极性相反，更容易在自身静电力与电磁波的共同作用下发生碰撞，促进雾滴或液滴的碰并增长，从而在较短作业时间内高效完成消雾或人工降雨雪，同时维持作业区域的电中性；牵引车头带动电磁波发生器在作业区域内自由往复运动，可有效解决作业区域内雾气来回扩散或降水量分布不均的情况，覆盖范围广、机动性强；此外，液压转向剪叉式升降平台与监测控制系统的有效配合，能够保证整个技术方案最佳工作状态的长时间运行，降低能耗，提升经济效益。附图说明 [0022] 图1是本发明实施例提供的一种电磁波增强高压电极用于消雾和人工降雨雪装置的结构示意图； [0023] 图2是本发明实施例提供的电磁波发生系统与监测控制系统示意图； [0024] 图3是本发明实施例提供的电磁波传播(a)以及电磁波作用下粒子(以正极性为例)的受力分析与运动轨迹示意图(b)； [0025] 在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或者结构，其中： [0026] 1为电磁波发生器，2为高压电极，3为高压电源，4为牵引车头，5为液压转向剪叉式升降平台，6为能见度仪，7为雨量计，8为中央控制器。 具体实施方式[0027] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间不构成冲突就可以相互组合。 [0028] 在本发明中，本发明及附图中的属于“第一”、“第二”(如果存在)等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。 [0029] 本发明一方面提供一种电磁波增强高压电极用于消雾和人工降雨雪装置，包括带电粒子播撒系统、电磁波发生系统和监测控制系统； [0030] 带电粒子播撒系统用于通过电晕放电产生正、负带电粒子，使得作业区域内的微粒荷电，形成荷电雾滴或荷电液滴； [0031] 电磁波发生系统用于产生电磁波，作用于荷电雾滴或荷电液滴，电场与磁场共同作用改变微粒的运动速度与运动轨迹，增强微粒间的相对运动与碰撞，加速碰并增长，缩短作业时间； [0032] 监测控制系统用于实时监测环境气象参数，控制电磁波发生系统的工作状态和运行参数。 [0033] 进一步地，电磁波发生系统包括电磁波发生器、牵引车头和液压转向剪叉式升降平台； [0034] 电磁波发生器安装放置在液压转向剪叉式升降平台上，由牵引车头带动在作业区域内自由往复运动；液压转向剪叉式升降平台可以灵活调整电磁波发生器的角度和高度。 [0035] 进一步地，带电粒子播撒系统包括多个正负极性交替排列的高压电极和高压电源，通过高压电源在高压电极上施加高电压，高压电极附近由于局部电场强度超过气体的电离场强，会使得气体发生电离和激励，发生电晕放电，产生正、负带电粒子。 [0036] 进一步地，监测控制系统包括能见度仪、雨量计和安装在车头驾驶室内的中央控制器； [0037] 能见度仪、雨量计可按需布置在作业区域的任意位置，监测作业过程中的环境气候参数，并进行实时分析；中央控制器根据现场气候参数，控制牵引车头车速、液压转向剪叉式升降平台旋转角度和升降高度、电磁波发生器功率和高压电源电压。 [0038] 本发明另一方面提供一种电磁波增强高压电极用于消雾和人工降雨雪方法，包括如下步骤： [0039] S1.正负交替阵列式高压电极产生大量的正、负带电粒子使作业区域内的微粒荷电，电磁波发生器产生的电磁波作用于荷电微粒，加速雾滴、液滴的碰并增长与自然沉降，形成荷电雾滴或荷电液滴； [0040] S2.实时监测环境气象参数，将电磁波作用于荷电雾滴或荷电液滴，电场与磁场共同作用改变微粒的运动速度与运动轨迹，实现消雾或人工降雨雪。 [0041] 为了加快荷电雾滴或液滴与其它微粒间的碰撞，显著提高团聚效率，在较短作用时间内高效完成消雾或降雨雪，本发明实施例提供了一种电磁波增强高压电极用于消雾和人工降雨雪装置，如图1所示，包括带电粒子播撒系统、电磁波发生系统和监测控制系统； [0042] 带电粒子播撒系统用于通过电晕放电产生正、负带电粒子； [0043] 电磁波发生系统用于产生电磁波，作用于荷电雾滴或荷电液滴，电场与磁场共同作用改变运动速度与运动轨迹，增强微粒间的相对运动与碰撞，加速碰并增长，缩短作业时间； [0044] 监测控制系统用于实时监测环境气象参数，控制电磁波的工作状态和运行参数。 [0045] 本实施例中，电磁波发生系统包括电磁波发生器1、牵引车头4和液压转向剪叉式升降平台5； [0046] 电磁波发生器1安装放置在液压转向剪叉式升降平台5上，由牵引车头4带动在作业区域内以10～60km/h的速度自由往复运动，如图2所示；在本实施例中，选用电磁波发生器，频率为30Hz～300GHz；低频波段衍射性强，更易绕过房屋建筑等较大的障碍物，实现远距离、大范围的人工影响天气作业；高频波段能量强，更易加速带电粒子与其它微粒间的相对运动，实现近距离、小范围的高效、快速作业；液压转向剪叉式升降平台5最大平台高度4m，最大旋转角度360°，可以灵活调整电磁波发生器1的角度和高度。 [0047] 本实施例中，带电粒子播撒系统包括多个正负极性交替排列的高压电极2和高压电源3，如图1所示；本实施例中，高压电源3在1～50kV内连续可调，输出形式为直流形式，供电稳定；图3中的(a)是电磁波传播示意图，电磁波发生器1产生的电磁波只作用于带电粒子，而带电粒子自身形成的静电吸/斥力可以作用于中性分子；从图3中的(a)电磁波传播方向上选取一点x1，以正极性带电粒子为例，有无电磁波作用下的受力分析如图3中的(b)所示。 [0048] 本实施例中，监测控制系统包括能见度仪6、雨量计7和安装在车头驾驶室内的中央控制器8； [0049] 能见度仪、雨量计可按需布置在作业区域的任意位置，如图2所示，监测作业过程中的环境气候参数，并进行实时分析；中央控制器根据现场气候参数，控制牵引车头4车速、液压转向剪叉式升降平台5旋转角度和升降高度、电磁波发生器1频率和高压电源3电压。 [0050] 在本发明的又一个实施例中，提供了一种电磁波增强高压电极用于消雾和人工降雨雪方法，包括如下步骤： [0051] S1.正负交替阵列式高压电极2产生大量的正、负带电粒子使作业区域内的微粒荷电，电磁波发生器1产生的电磁波作用于荷电微粒，加速雾滴、液滴的碰并增长与自然沉降； [0052] S2.牵引车头4带动电磁波发生器1在作业区域内自由往复运动，通过中央控制器8调整各装置的工作状态和运行参数，在较短作业时间内实现消雾或人工降雨雪； [0053] S3.当能见度仪6、雨量计7实测数据达到预期人工影响天气效果，即能见度大于800m或日降水量大于10mm，结束作业。 |
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