Способ определения распределения твердых частиц по размерам в атмосфере

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ ЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з с; 01 J 1/56

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕН1 НОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21) 2638584/25

{22) 06.07.78 (46) 07.02,93. Бюл,, tP 5 (71) Институт оптики атмосферы

СО АН СССР (72) lO,Д.Копытин и С„.А.Шишигин (56) Тябов А.Е. Определение микроструктуры капельных облаков с использованием лазерной локации. Тезисы докладов IV Всесоюзного симпозиума по лазерному зондированию атмосферы. ,Томск, 1976 г., с. 123.

Костин Б.С. и Наац И.Э. "Обратные задачи аэрозольного светорассеяния в лазерной локации атмосферы". Тезисы докладов III Всесоюзного симпозиума по лазерному зондированию атмосферы, Томск, 1974, с. 147. (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСПРЕ"

ДЕЛЕНИЯ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ ПО РАЗМЕРАИ!

Изобретение относится к способам измерения распределения твердых частиц по размерам в атмосфере и может быть использовано в метеорологии и службе контроля загрязнений воздушного бассейна.

Известен способ определения размера капель облаков с использованием лазерной .локации по величине степени поляризации рассеянного излучения облаком.

Необходимость априорного задания функции распрелеления частиц по размерам в облаке лля определения среднего .ралиуса облачных частиц, слож„„5U „„689404 А1

В АТМОСФЕРЕ, по которому в исследуемую область пространства по одному направлению посылают на разных частотах два лазерных луча, один из которых имеет интенсивность не более

10 Вт/см, и регистрируют рассеянное излучение, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений распределения частиц по размерам, интенсивность второго луча длительностью импульса не менее

10 с изменяют плавно от 1Оз до

10 Вт/см2, при этом измеряют. разность энергий рассеянного излучения от слабого луча в присутствии мощного луча и в его отсутствие, и по изменению разности энергии рассеянного излучения в зависимости от интенсивности мощного излучения вычисляют распределение частиц по размерам.! ность математического аппарата, невозможность определять размеры твердых частиц накладывает ограничение на область применения данного способа и снижает точность измерений.

Наиболее близким по технической сущности является способ определения распределения твердых частиц по размерам в атмосфере, по которому в исследуемую область пространства по одному направлению посылают на разных частотах два лазерных луча, один из которых имеет интенсивность не более

10 Вт/см и регистрируют рассеянное излучение„

6() 9404

К недостаткам этого способа следует отнести сложность математического аппарата, большие затраты машинного времени, а также неполная замкнутость задачи, требующая априорного задания некоторых из параметров многопараметрической Функции. распределения по размерам, что приводит к снижению точности и усложнению прие- 10 ма сигнала. Кроме того, теория Ии для твердых частиц с Формой, отличающейся QT сферической, разработана только для частных случаев и требует применения мощных ЭВМ, Целью изобретения является повышение точности измерений.

Указанная цель достигается тем, что интенсивность второго луча с дли-3 20 тельностью импульса не менее 10 с изменяют плавно от 10З до 10 Вт/см2, при этом измеряют разность энергии рассеянного излучения от слабого луча в присутствии мощного луча и в его отсутствие и по изменению разности энергий рассеянного излучения в зависимости от интенсивности мощного излучения вычисляют распререление частиц по размерам. 30

Ланный способ определения распределения частиц аэрозоля по размерам основан на эффекте ориентации частиц под действием светового давления. Известно, что движение тела в жидкости, газе произвольной Формы бу- ЗБ . дет устойчивым в том случае, если тело движется вперед своей широкой стороной. Обычно в атмосфере аэрозоли движутся вместе с потоком и поэтому их ориентации не происходит. Кроме этого, броуновское движение частиц также приводит к разориентации частиц в атмосфере. Если. на pwHbte частицы парае7 мощное электромагнитное 45 излучение, то под действием светового давления частицы приобретут определенную скорость движения относитель« но окружающей среды. При интенсивностях 10З-10 Вт/смз, соответственно, для частиц размером 10-0,1 мк скорость частиц будет превосходить среднеквадратичную скорость броуновского движения на порядок и поэтому именно она будет ответственна за ориентацию частиц 6 атмосфере.

Связь между, интенсивностью мощного излучения I, необходимого для разгона частиц до скорости, большей среднеквадратичной скорости броуновского движения и размером частицы g выражается в виде где p — коэффициент динамической вязкости среды;

С -,скорость света;

- плотность частицы;

К - постоянная Больцмана;

К - поперечник светового давле.а ния;

Т - температура среды.

Из данного выражения видно, что при увеличении интенсивности все более мелкие частицы будут разгоняться световым давлением до скорости больше скорости броуновского движения, и, если они не сферически, что справедливо для твердых частиц, то соответственно будут ориентироваться. Таким образом, увеличивая интенсивность излучения, ориентируем все более мелкие частицы„ другое зондирующее излучение, проходя сквозь аэрозольную среду, рассеивается на частицах. Изменение рассеяния зондирующего излучения частицами в присутствии мощного излучения и без него будет обусловлено лишь частицами больше определенного размера, связанного с интенсивностью мощного излучени выше приведенным выражением. . Скачок энергии рассеянного света под углом М к. зондирующему лучу в присутствии мощного излучения и без него запишем в виде

6w = J (Ц> (а )-((„(а )) е(а )

)(.(.()) (1а, где f (a ) — Функция распределения частиц по размерам

N — число частиц в единице объема;

7.- зондирующий объем;

Ч)к а ) ц)„ (a ) -Функции размера частиц, учитывающие изменение индикатриссы рассеяния, сечения рассеяния от размера соответственно для ориентированных частиц и не ориентированных, 5 6

Из ланного выражения найдем Функцию распределения частиц по размерам и, применив условие нормировки

) й(а )сна = 1, получим о

-< Эди а

t q (а) --- da

Rg4o4 б дых частиц по размерам в атмосФере возьмем источник зондирующего излучения - лазер на аргоне с длиной волны 0,52 мк и источник мощного излучения - лазер на стекле с неодимом

1,06 мк в режиме свободной генерациии.

Излучения обоих лазеров совмещают и пропускают сквозь исследуемую среду. Измеряется изменение энергии рассеянного зондирующего излучения частицами среды в присутствии излучения лазера с длиной волны 1,06 мк

15 и без него при интенсивностях мощного излучения, плавно изменяющихся со скоростью не более 10З Вт/см2 с от 10З до 10 Вт/смз в лаборатор" ных условиях с известной Функцией

20 распределения частиц по размерам в атмосФере. По снятым зависимостям согласно полученным выражениям (1), (2), (3} вычисляется распределение .размеров частиц в атмосФере.

Сравнительные испытания данного способа показали, что он позволяет повысить достоверность прогноза погоды, может успешно применяться для борьбы с загрязнениями воздушного

Зо бассейна. выбросами промышленного происхождения.

Функция V„(a) = Ц (а)-q„(a) определяется эксперимейтально в лабораторных условиях по изменению рассеяния зондирующего луча ориентированными и неориентированными частицами Д И с известной Функцией распределения частиц по размерам f„ g (a) 1) (а) -- — — / f (a) (3)

8h W aS

К За ла0

Таким образом, изменяя интенсивность мощного излучения от 10З до

10 Вт/см2, по изменению рассеивающего зондирующего излучения ориентированными частицами по сравнению с неориентированными определяется распределение частиц по размерам согласно полученному выражению.

Для реализации предлагаемого способа определения распределения тверСоставитель А.Филиппов

Редактор О.Филиппова Texpep N.Èîðãåíòàë Корректор Е.Папп

Заказ 1093 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул, Гагарина, 101

Способ определения распределения твердых частиц по размерам в атмосфере Способ определения распределения твердых частиц по размерам в атмосфере Способ определения распределения твердых частиц по размерам в атмосфере 

 

Наверх