一种公路低层空气热消减团雾方法

申请号 CN202311272829.2 申请日 2023-09-28 公开(公告)号 CN117266080A 公开(公告)日 2023-12-22
申请人 日照市气象局; 发明人 卢振礼; 安源; 孙博雯; 曾康宁; 朱海兵; 安晨临; 郑宗杰;
摘要 本 发明 公开了一种公路低层空气热 力 消减团雾方法,属于团雾消除技术领域,本发明中,通过在公路易形成团雾的地方安装一定数量的热 风 机,并且根据实时监控的气象数据计算出消减团雾所需热量,能够以空 气动 力加热设备为热源,给团雾区域路面低层空气提供 热能 ,通过升高团雾区域的低层气团 温度 ,增加的团雾区域的局部 水 汽 蒸发 量,改善路面低层大气的透光率,进而提高团雾区域水平能见度,实现人工快速且有效地消减公里团雾目的。
权利要求

1.一种公路低层空气热消减团雾方法,其特征在于,所述消除方法包括以下步骤:
步骤S1、在易发生团雾公路地段,设置多个热机,并将多个热风机沿公路方向,在公路的一侧或两侧进行均匀布设,布设的范围大小根据日常监测该公路地段团雾的范围大小以进行确定;
步骤S2、利用设置单独的气象监测系统,对公路温湿度、能见度传感器感知的气象数据进行采集并监测实时数据;
步骤S3、根据气象监测系统监测得出的实时数据,查看公路上团雾的生成情况,并且在能见度低于视野阈值时,实时进行反馈;
步骤S4、利用监测的数据代入至消减单位体积团雾所需热量公式中,根据数据由计算设备计算出的所需热量;
步骤S5、控制公路一侧或两侧的各个热风机同时工作,调节热风机风口的高度和度,并持续大功率输出,且根据当时的气温以及有无次生雾的情况来进一步调整热风机的输出功率,以消减团雾至能见度高于视野阈值或消散为止。
2.根据权利要求1所述的一种公路低层空气热力消减团雾方法,其特征在于,所述气象监测系统包括温传感器、湿度传感器,能见度监测仪以及服务器终端。
3.根据权利要求1所述的一种公路低层空气热力消减团雾方法,其特征在于,所述步骤S5中,热风持续大功率输出的热量需大于步骤S4中计算出的所需热量,且热风持续大功率输出的热量至少为步骤S4中计算出的所需热量的一倍至两倍,所述步骤S5中,在有次生雾的情况下,热风持续大功率输出热量则增加至两倍以上。
4.根据权利要求1所述的一种公路低层空气热力消减团雾方法,其特征在于,所述步骤S5中,调节热风机风口的出风口高度为25cm‑50cm,且调节热风机风口的出风口角度为15°‑
30°。
5.根据权利要求1所述的一种公路低层空气热力消减团雾方法,其特征在于,所述步骤S3中,视野阈值为能见度500m,能见度大于500m则为正常视野,能见度小于500m则为影响视野,且在能见度小于200m时则加大反馈,以提高后续热风机的输出功率。
6.根据权利要求1所述的一种公路低层空气热力消减团雾方法,其特征在于,所述步骤S4中,计算消雾所需的热量可表示为公式:
Q=Lv×mf+(cp.d×md+cp.v×mv)Δt+mf×cp.v×Δt;
其中,Q为单位体积雾滴蒸发所需要的总能量,Lv为液汽化潜热,mf为雾的含水量,cp.d为干空气定压比热,cp.v为水蒸气的定压比热,mv为湿空气中的水汽质量,md为湿空气中干空气的质量,Δt为按照饱和比湿计算得到的不同温度下要使不同含水量的雾滴蒸发所要提升的温度;
所述计算消雾热量的所需总热量时,需要在理论值的基础上增加因周围环境影响所造成的热量损失部分,实际需要热量应为:
Qz=Q+Q*
其中,Qz为消减团雾单位体积所需的增热量,Q为需要的理论热量,Q*为损失的热量。

说明书全文

一种公路低层空气热消减团雾方法

技术领域

[0001] 本发明涉及团雾消除技术领域,尤其涉及一种公路低层空气热力消减团雾方法。

背景技术

[0002] 公路团雾等低能见度天气可导致交通事故逐年增多,给出行安全造成很大威胁。团雾天气具有突发性、能见度低、范围小、流动性、预警较困难等特点。在因高速公路上,车速快、车流量大以及驾驶员易疲劳,如果某一路段已经出现团雾,而驾驶员得不到团雾天气预警,车辆驶入团雾区域后,若不能及时减速,就极有可能造成多车连续追尾的重特大交通事故;自上世纪初,国外针对公路人工消雾的研究陆续开展,运用的消雾试验设备、方法各不相同,试验获得的研究成果也存在一定差异。雾可分为冷雾(环境气温<0℃)和暖雾(环境气温>0℃)。虽然人工消减冷雾作业已有应用于实践的案例,在消除暖雾领域还没有成功商用的案例。人工消减冷雾(环境气温<0℃)研究获得成功范例较多。
[0003] 我国1958年开展了人工消雾试验研究,由于当时的方法工具都十分简单,导致消雾效果不太理想。通过燃烧AgI(碘化)、丙溶液、红磷等方法来消减雾,取得了初步的效果,且用播撒盐粉和氯化的方法消雾,取得了较好的效果。而20世纪60~70年代,在一些地方运用飞机播撒氯化钙进行规模不等的消暖雾试验,获得了许多经验,20世纪80年代以来,在总结过去人工消雾研究的基础上,又实施了2次人工消雾计划,一是采用热力动力法,取得较好的消雾效果;二是在机场消过冷雾试验,利用车载液氮喷洒系统和气球携带液氮作业技术,取得了明显的消雾效果。七十年代后,国内外还先后利用声波装置进行消冷雾的试验,试验取得一定效果,但都未能投入实际应用。90年代后,尽管消减暖雾的研究不断进行,但从总体上并未实现实质性突破,人工消雾未能超越70年代平。进入21世纪,人工消减雾的研究大多仍然处于实验室研究阶段,人工消减冷雾作业虽有成功应用实践的案例,但在消除暖雾领域的实践还没有较为成功的案例,在消雾方面的研究依然没有有效的方法。人工消减公路团雾的研究少有人涉猎,甚至对于公路团雾的定义还存在较大分歧,对于人工消减公路团雾的参考文献也相对较少。
[0004] 因公路团雾具有空间尺度小,生消较快,持续时间短等特点,人工消减公路团雾所需要的热量相较大雾要少,所以目前人工消减公路团雾的研究较为匮乏,缺乏快速有效的消减团雾方法。
[0005] 针对上述问题,本发明文件提出了一种公路低层空气热力消减团雾方法。

发明内容

[0006] 本发明提供了一种公路低层空气热力消减团雾方法,解决了上述提出的问题。
[0007] 本发明提供了如下技术方案:
[0008] 一种公路低层空气热力消减团雾方法,消除方法包括以下步骤:
[0009] 步骤S1、设置多个热机,并将多个热风机沿公路方向,在公路的一侧或两侧进行均匀布设;
[0010] 步骤S2、利用设置的气象监测系统,对公路温湿度、能见度传感器感知的气象数据进行采集并监测实时数据;
[0011] 步骤S3、根据气象监测系统监测得出的实时数据,查看公路上团雾的生成情况,并且在能见度低于视野阈值时,实时进行反馈;
[0012] 步骤S4、利用监测的数据代入至消减单位体积团雾所需热量公式中,根据数据由计算设备计算出的所需热量;
[0013] 步骤S5、控制公路一侧或两侧的各个热风机同时工作,调节热风机风口的高度和度,并持续大功率输出,以消减团雾至能见度高于视野阈值或消散为止。
[0014] 作为本发明的进一步方案,所述气象监测系统包括温传感器、湿度传感器,能见度监测仪以及服务器终端。
[0015] 作为本发明的进一步方案,所述步骤S5中,热风持续大功率输出的热量需大于步骤S4中计算出的所需热量。
[0016] 作为本发明的进一步方案,所述步骤S5中,调节热风机风口的出风口高度为25cm和角度30°。
[0017] 作为本发明的进一步方案,所述步骤S3中,视野阈值为能见度500m,能见度大于500m则为正常视野,能见度小于500m则为影响视野。
[0018] 作为本发明的进一步方案,所述所述步骤S4中,计算消雾所需的热量可表示为公式:
[0019] Q=Lv×mf+(cp.d×md+cp.v×mv)Δt+mf×cp.v×Δt;
[0020] 其中,Q为单位体积雾滴蒸发所需要的总能量,Lv为液水汽化潜热,mf为雾的含水量,cp.d为干空气定压比热,cp.v为水蒸气的定压比热,mv为湿空气中的水汽质量,md为湿空气中干空气的质量,Δt为按照饱和比湿计算得到的不同温度下要使不同含水量的雾滴蒸发所要提升的温度;
[0021] 所述计算消雾热量的所需总热量时,需要在理论值的基础上增加因周围环境影响所造成的热量损失部分,实际需要热量应为:
[0022] Qz=Q+Q*
[0023] 其中,Qz为消减团雾单位体积所需的增热量,Q为需要的理论热量,Q*为损失的热量。
[0024] 应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的,并不能限制本发明。
[0025] 本发明中,通过在公路易形成团雾的地方安装一定数量的热风机,并且根据实时监控的气象数据计算出消减团雾所需热量,能够以空气动力加热设备为热源,给团雾区域路面低层空气提供热能,通过升高团雾区域的低层气团温度,增加的团雾区域的局部水汽蒸发量,改善路面低层大气的透光率,进而提高团雾区域水平能见度,实现人工快速且有效地消减公里团雾目的。附图说明
[0026] 图1为本发明实施例2中2月16日15:55‑0.6m时间段室内无加热自然消雾分析示意图;
[0027] 图2为本发明实施例2中2月16日17:39‑0.6m时间段室内有加热自然消雾分析示意图;
[0028] 图3为本发明实施例2中5月04日16:58‑0.6m室内无加热自然消雾分析示意图;
[0029] 图4为本发明实施例2中5月04日18:15‑0.6m时间段室内有加热自然消雾分析示意图;
[0030] 图5为本发明实施例6中无次生雾数值对对团雾消减效果的分析示意图;
[0031] 图6为本发明实施例6中有次生雾数值对对团雾消减效果的分析示意图。

具体实施方式

[0032] 下面结合本发明实施例中的附图对本发明实施例进行描述。
[0033] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进,因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
[0034] 实施例1
[0035] 本实施例的一种公路低层空气热力消减团雾方法,包括以下步骤:
[0036] 步骤S1、设置多个热风机,并将多个热风机沿公路方向,在公路的一侧进或两侧行均匀布设;
[0037] 步骤S2、利用设置的气象监测系统,对公路温湿度、能见度传感器感知的气象数据进行采集并监测实时数据;
[0038] 步骤S3、根据气象监测系统监测得出的实时数据,查看公路上团雾的生成情况,并且在能见度低于视野阈值时,实时进行反馈,采用数据采集处理单元,以采集器为核心,完成数据信号的采集、数据算法处理、数据存储、通讯、时钟同步和其它协调工作等,实现对气象监测系统中温湿度、能见度传感器感知的气象数据进行采集,通过标准的数据接口传输到显示端软件进行数据显示;
[0039] 其中,能见度主要通过大气透光率降低来影响公路交通的,可按按大气消光系数计算的能见度表示为:
[0040]
[0041] 透光率可表示为:T=e‑σL
[0042] T为光束的透光率,σ为消光系数,L为了光束经过的距离(透射式能见度仪校准方法研究黄成栋)。两式子联立,可得:
[0043]
[0044] V是水平能见度,根据透光率可测试水平能见度,反之亦然;
[0045] 步骤S4、利用监测的数据代入至消减单位体积团雾所需热量公式中,根据数据由计算设备计算出的所需热量,其中,不同温度不同含水量时用加热法消暖雾所需要提升的温度,如下表1所示:
[0046]
[0047]
[0048] 步骤S5、控制公路一侧或两侧的各个热风机同时工作,调节热风机风口的高度和角度,并持续大功率输出,以消减团雾至能见度高于视野阈值或消散为止。
[0049] 实施例2
[0050] 搭设云雾实验室,云雾实验室中围板预留孔分别将电源箱的电源线和气象仪器数据采集器数据线传入实验室内,分别与布设在实验室内的温湿度传感器,能见度监测仪连接。室内布设3套气象监测仪器,每套设备由温、湿度传感器,能见度监测仪组成,将3套设备集中安装在同一三脚架上。三脚架上高度可调,可分别布设在不同高度,可实时测量距离地面0.6m至1.8m范围内的温度、湿度、能见度数,而分析其变化规律,并且以水平能见度500m为团雾警戒线,当能见度达到500m以上时,可解除团雾监测。
[0051] 2月16日15:21开始造雾,15:55在0.6、1.2、1.8m处的能见度分别达到5m、5m、10m后造雾停止,16:21以后,室内无加热自然消雾后警报解除(三层能见度均大于500m,下文同),历时26分钟,其中0.6m处的能见度变化如图1所示;2月16日17:25开始造雾,17:39在0.6、1.2、1.8m处的能见度分别达到5m、5m、5m后造雾停止,同时打开加热机以3kw功率加热,17:
46以后,室内雾警报解除,历时7分钟,其中0.6m处的能见度变化如图2所示。5月04日16:50开始造雾,16:58在0.6、1.2、1.8m处的能见度分别达到5m、5m、8m后造雾停止,17:49以后,室内无加热自然消雾后警报解除,历时51分钟,其中0.6m处的能见度变化如图3所示;17:54开始造雾,18:15在0.6、1.2、1.8m处的能见度分别达到5m、5m、25m后造雾停止,同时打开加热机以1.5kw功率加热,18:22以后,室内雾警报解除,历时7分钟,其中0.6m处的能见度变化如图4所示。在实验开始造雾到实验雾警报解除过程中,连续监测0.6、1.2、1.8m处的能见度发现,造雾过程中,0.6m处的能见度数值下降的最为迅速(成雾最快),1.2m处的次之,1.8m处的能见度数值下降的最慢,而在消雾时0.6m处的能见度数值上升的最慢(消雾最慢),1.2m处的次之,1.8m处的能见度上升的最快,因而以0.6m处的能见度变化为代表进行分析。有无加热消雾效果数值对比分析,如图1‑图4所示。
[0052] 从图1‑图4可知,无加热情况下,在自然消雾过程中气温略有下降能见度缓慢上升,有加热情况下,在加热消雾过程中伴随气温缓慢上升能见度快速上升。加热消雾过程较自然消雾过程所用时间减少了19分钟。从图1‑图4可知,无加热情况下,在自然消雾过程中气温下降幅度加大能见度缓慢上升,有加热情况下,在加热消雾过程中伴随气温与能见度均快速上升。加热消雾过程较自然消雾过程所用时间减少了44分钟。
[0053] 由于2月16日17:39消雾时的加热机功率为3kw。5月04日18:15消雾时的加热机功率为1.5kw,但两次消雾时间均用7分钟,其中可能原因在于气温等环境因素的影响。从图1和图3对比可见,2月16日15:55的自然消雾时间与5月04日16:59的自然消雾时间相差25分钟,其中的原因可能是受不同的环境条件影响。
[0054] 室外消雾作业采用全程开放实验:
[0055] 起雾天气时,打开实验室南北两侧的大,让外部雾气随气流进入实验室内,形成自然团雾区域,团雾方位即为实验室的空间范围。成雾时间即为08:07实验室大门打开到08:51开启加热机,出风口角度设为30°,出风口高度调至25cm、输出功率1.5kw。消雾时长11分钟,由此可得,该方法能够有效消减公路团雾。
[0056] 实施例3
[0057] 搭设云雾实验室,云雾实验室中围板预留孔分别将电源箱的电源线和气象仪器数据采集器数据线传入实验室内,分别与布设在实验室内的温湿度传感器,能见度监测仪连接。室内布设3套气象监测仪器,每套设备由温、湿度传感器,能见度监测仪组成,将3套设备集中安装在同一三脚架上。三脚架上高度可调,可分别布设在不同高度,可实时测量距离地面0.6m至1.8m范围内的温度、湿度、能见度数,而分析其变化规律,并且以水平能见度500m为团雾警戒线,当能见度达到500m以上时,可解除团雾监测。
[0058] 出风口不同高度、角度的效果对比分析:
[0059] 在3月14日19:04、19:46、20:25、20:59,按实施例2程序打开采集设备,云雾室完成造雾后(下文造雾流程不再赘述),把加热风机输出功率设置为1.5kw,出风口角度分别调至0°、15°、30°、60°进行了4次消雾试验,4次消雾所用时分别为12分40秒、11分06秒、10分34秒、12分23秒,可见出风口调至30°所需消雾时间最短,消雾效果最好。消雾过程中的能见度、相对湿度、温度虽时间的变化如表2所示,由表2可以看出,30°和15°送风相对消雾用时较短,60°角时用时次之,0°消雾用时较长
[0060]
[0061]
[0062] 表2
[0063] 在3月22日19:33、20:11、20:46,先后完成造雾后,把加热风机输出功率设置为1.5kw,出风口角度设为30°,出风口高度分别调至25cm、50cm、75cm进行了3次消雾试验,3次消雾所用时间分别为11分00秒、13分30秒、14分20秒,可见出风口高度位于25cm时,所需消雾时间最短,消雾效果最好。消雾过程中的能见度、相对湿度、温度虽时间的变化如表3所示。由表3可以看出,出风口高度25cm送风相对消雾用时较短,50cm送风用时次之,75cm送风消雾用时较长;
[0064]
[0065] 表3;
[0066] 由上可得:当出风口高度25cm、30°角度时,对团雾区域温度传递效果最好,能见度提升速度最快,消雾效果最好。
[0067] 实施例4
[0068] 搭设云雾实验室,云雾实验室中围板预留孔分别将电源箱的电源线和气象仪器数据采集器数据线传入实验室内,分别与布设在实验室内的温湿度传感器,能见度监测仪连接。室内布设3套气象监测仪器,每套设备由温、湿度传感器,能见度监测仪组成,将3套设备集中安装在同一三脚架上。三脚架上高度可调,可分别布设在不同高度,可实时测量距离地面0.6m至1.8m范围内的温度、湿度、能见度数,而分析其变化规律,并且以水平能见度500m为团雾警戒线,当能见度达到500m以上时,可解除团雾监测。
[0069] 不同天空状况的消雾效果对比分析:
[0070] 分别选取晴天、多云和阴天3次代表性天气背景,在环境温度相近,相对湿度基本相同的条件下,对人工消减团雾效果进行对比分析。为减少太阳辐射的影响,选择3月14日、3月22日和3月23日夜间进行实验,分别在3月14日22时27分、3月22日19时33分、3月23日21时33分各进行了1次试验,风口高度分别调至25cm,出风口角度为30°,输出功率分别调为
1.5kw。3次消雾过程中,在0.6m、1.2m、1.8m高度处的能见度、气温、相对湿度变化情况如表4所示:
[0071]
[0072] 表4
[0073] 从表4中可知,在相对湿度条件相同,气温相近时,消雾时间随着天空状况不同,消雾时长有一定的差别。晴天和多云天气时的消雾时间较为接近,阴天较晴天和多云天气时的消雾时间略有缩短,缩短的时间幅度较小,对比3次过程中的气温变化发现,阴、轻雾的过程中气温均略高于晴天和多云天气过程,这一时间缩短现象也可能是由于气温差异引起的实施例5
[0074] 搭设云雾实验室,云雾实验室中围板预留孔分别将电源箱的电源线和气象仪器数据采集器数据线传入实验室内,分别与布设在实验室内的温湿度传感器,能见度监测仪连接。室内布设3套气象监测仪器,每套设备由温、湿度传感器,能见度监测仪组成,将3套设备集中安装在同一三脚架上。三脚架上高度可调,可分别布设在不同高度,可实时测量距离地面0.6m至1.8m范围内的温度、湿度、能见度数,而分析其变化规律,并且以水平能见度500m为团雾警戒线,当能见度达到500m以上时,可解除团雾监测。
[0075] 环境气温对消雾效果影响:
[0076] 2月15日清晨和3月16日夜晚室外相对湿度接近,2月15日05:00开始造雾,成雾时间19分钟,05:19开始加热消雾,0.6m处气温从‑2.9上升至0.7℃,能见度从5m上升至500m以上用时9分钟;1.2m处气温从‑2.7上升至3.3℃,能见度从5m上升至500m以上用时9分钟;1.8m处气温从‑2.8上升至1.2℃,能见度从5m上升至500m以上用时9分钟;
[0077] 3月16日20:59开始造雾,成雾时间18分钟,21:17开始加热消雾,0.6m处气温从7.1上升至10.5℃,能见度从5m上升至500m以上用时8分钟;1.2m处气温从7.1上升至10.9℃,能见度从5m上升至500m以上用时6分钟;1.8m处气温从7.1上升至10.1℃,能见度从5m上升至500m以上用时6分钟;
[0078] 对比分析发现:在其他环境条件相近时,气温越低消雾时间越长。2月15日冰点以下时,1.2m处在加热过程中,气温相较于近地面和实验室顶棚处升温幅度分别高出2.0℃和1.4℃,但1.2m处的消雾时间并未缩短,说明在冰点以下时,三层空气对流加强了,水汽混合的较为均匀,因而消雾时间相同。3月16日冰点以上时三层升温幅度较小且相差不大,0.6m处消雾用时较中上层延长了2分钟,冰点以上时空气对流较差,0.6m处靠近地面,地面吸热作用是的消雾效果明显不如1.2m和1.8m处的消雾效果。
[0079] 实施例6
[0080] 搭设云雾实验室,云雾实验室中围板预留孔分别将电源箱的电源线和气象仪器数据采集器数据线传入实验室内,分别与布设在实验室内的温湿度传感器,能见度监测仪连接。室内布设3套气象监测仪器,每套设备由温、湿度传感器,能见度监测仪组成,将3套设备集中安装在同一三脚架上。三脚架上高度可调,可分别布设在不同高度,可实时测量距离地面0.6m至1.8m范围内的温度、湿度、能见度数,而分析其变化规律,并且以水平能见度500m为团雾警戒线,当能见度达到500m以上时,可解除团雾监测。
[0081] 有无次生雾的消雾效果对比分析:
[0082] 在消雾试验进行中,采用向试验区域内不间断输送水汽的方法,模拟存在次生雾的天气背景,并分析次生雾对团雾消减效果的影响。在3月23日夜间分别模拟了有、无次生雾的场景,如图5‑图6所示。
[0083] 从图5可见,在无次生雾条件下,0.6m处气温从16.7上升至18.3℃,能见度从5m上升至500m以上用时6分钟;图6可见,在有次生雾条件下,0.6m处气温从16.4上升至19.1℃,能见度从5m上升至500m以上用时8分钟。在有次生雾相较于雾次生雾条件下,消雾用时更长,升温幅度更大,所需的热量也更多。
[0084] 以上,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内;在不冲突的情况下,本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。因此,本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
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