Научная статья на тему 'ВОЗМОЖНОСТИ УВЕЛИЧЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ ГЕНЕРАТОРОВ ЛЬДООБРАЗУЮЩЕГО АЭРОЗОЛЯ'

ВОЗМОЖНОСТИ УВЕЛИЧЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ ГЕНЕРАТОРОВ ЛЬДООБРАЗУЮЩЕГО АЭРОЗОЛЯ Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
31
11
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЛЬДООБРАЗУЮЩИЙ АЭРОЗОЛЬ / ЛЬДООБРАЗУЮЩИЕ РЕАГЕНТЫ / АКТИВНЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ / ПРОТИВОГРАДОВЫЕ СРЕДСТВА

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Шилин Александр Геннадьевич, Хучунаев Бузигит Муссаевич

Введение. Достигнутая на данный момент эффективность пиротехнических генераторов льдообразующего аэрозоля в расчете на грамм чистого йодистого серебра при температуре переохлажденной облачной среды минус 10 °С составляет 1Е + 14. Между тем, поскольку на настоящий момент имеются данные об активности частиц йодистого серебра размером 50 нм при этой температуре и, учитывая, что из 1 г йодистого серебра может быть получено ориентировочно 1Е + 19 частиц такого размера, имеются основания предполагать о значительном увеличении эффективности существующих пиротехнических составов. В данной работе исследованы пути увеличения эффективности существующих пиротехнических генераторов и средств активного воздействия. Материалы и методы исследования. Проводились лабораторные эксперименты по физическому моделированию процессов горения пиротехнических составов под влиянием различных условий. Анализировались спектры продуктов горения пиротехнических составов, полученных при исследовании режимов работы генераторов и вариантов конструкции генераторов. Результаты исследования и их обсуждение. Проанализированы факторы, влияющие на изменение спектров горения пиросоставов генераторов льдообразующего аэрозоля. Показано, что скорость обдува в значительной степени изменяет спектр аэрозоля; увеличение числа сопловых отверстий и организация сносящего режима смешения газовых струй приводят к увеличению выхода активных частиц в диапазоне размеров 50-70 нм; увеличение рабочего давления, при котором функционирует генератор, приводит к увеличению процента йодистого серебра, перешедшего в фазу пара без разложения примерно в два раза. Выводы. Представлены результаты экспериментов по увеличению выхода активных льдообразующих частиц при работе пиротехнических генераторов под влиянием следующих факторов: изменение скорости обдува пиротехнического генератора; изменение геометрии струй, образованных при горении генератора; изменение направления обдува факела; изменение содержания йодистого серебра в продуктах горения.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Шилин Александр Геннадьевич, Хучунаев Бузигит Муссаевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

POSSIBILITIES OF INCREASING THE EFFICIENCY OF PYROTECHNICAL GENERATORS OF ICE-FORMING AEROSOL

Introduction. The currently achieved eficiency of pyrotechnic generators of ice-forming aerosol, calculated on pure silver iodide, is 1E+14 active particles at a temperature of minus 10 °C. Meanwhile, since there is currently data on the activity of silver iodide particles with a size of 50 nm at this temperature and below, and given that approximately 1E+19 particles of this size can be obtained from 1 g of silver iodide, there is reason to assume a signiicant increase in the efficiency of existing pyrotechnic compositions. In this work, the ways of increasing the efficiency of existing pyrotechnic generators and means of active influence are investigated. Materials and methods of the research. Laboratory experiments were carried out on the physical modeling of the combustion processes of pyrotechnic compositions under the inluence of various conditions. The spectra of the combustion products of pyrotechnic compositions obtained in the study of the operating modes of the generators and the variants of the generator design were analyzed. The results of the study and their discussion. The factors influencing the change in the combustion spectra of the pyrocompositions of the generators of ice-forming aerosol are analyzed. It is shown that the blowing speed significantly changes the aerosol spectrum; an increase in the number of nozzle openings and the organization of the drift mixing mode of gas jets lead to an increase in the yield of active particles in the size range of 50-70 nm; an increase in the operating pressure at which the generator operates leads to an increase in the percentage of silver iodide that has passed into the vapor phase without decomposition by about two times. Conclusions. The results of experiments on increasing the yield of active ice-forming particles during the operation of pyrotechnic generators under the inluence of the following factors are presented: change in the blowing speed of the pyrotechnic generator; changing the geometry of the jets formed during the combustion of the generator; changing the direction of blowing the torch; change in the content of silver iodide in combustion products.

Текст научной работы на тему «ВОЗМОЖНОСТИ УВЕЛИЧЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ ГЕНЕРАТОРОВ ЛЬДООБРАЗУЮЩЕГО АЭРОЗОЛЯ»

НАУКИ О ЗЕМЛЕ

«НАУКА. ИННОВАЦИИ. ТЕХНОЛОГИИ», №1, 2022

25.00.30 МЕТЕОРОЛОГИЯ, КЛИМАТОЛОГИЯ, АГРОМЕТЕОРОЛОГИЯ

УДК 551.576.001.57

Шилин А.Г., ФГБУ «Научно-производственное объединение «Тайфун», Россия, e-mail: a@metal-profi.ru

Хучунаев Б.М. ФГБУ «Высокогорный геофизический институт», Россия, e-mail: buzgigit@mail.ru

возможности увеличения эффективности пиротехнических генераторов

льдообразующего аэрозоля

DOI: 10.37493/2308-4758.2022.1.5

Введение. Достигнутая на данный момент эффективность пиротехнических

генераторов льдообразующего аэрозоля в расчете на грамм чистого йодистого серебра при температуре переохлажденной облачной среды минус 10 °С составляет 1Е + 14. Между тем, поскольку на настоящий момент имеются данные об активности частиц йодистого серебра размером 50 нм при этой температуре и, учитывая, что из 1 г йодистого серебра может быть получено ориентировочно 1Е + 19 частиц такого размера, имеются основания предполагать о значительном увеличении эффективности существующих пиротехнических составов. В данной работе исследованы пути увеличения эффективности существующих пиротехнических генераторов и средств активного воздействия.

Материалы и методы

исследования. Проводились лабораторные эксперименты по физическому моделированию процессов горения пиротехнических составов под влиянием различных условий. Анализировались спектры продуктов горения пиротехнических составов, полученных при исследовании режимов работы генераторов и вариантов конструкции генераторов.

Результаты исследования

и их обсуждение. Проанализированы факторы, влияющие на изменение спектров горения пиросоставов генераторов льдообразующего аэрозоля. Показано, что скорость обдува в значительной степени изменяет спектр аэрозоля; увеличение числа сопловых отверстий и организация сносящего режима смешения газовых струй приводят к увеличению выхода активных частиц в диапазоне размеров 50-70 нм; увеличение рабочего давления, при котором функционирует генератор, приводит к увеличению процента йодистого серебра, перешедшего в фазу пара без разложения примерно в два раза.

Выводы. Представлены результаты экспериментов по увеличению выхода

активных льдообразующих частиц при работе пиротехнических генераторов под влиянием следующих факторов: изменение скорости обдува пиротехнического генератора; изменение геометрии струй, образованных при горении генератора; изменение направления обдува факела; изменение содержания йодистого серебра в продуктах горения.

Ключевые слова: льдообразующий аэрозоль, льдообразующие реагенты, активные воздействия, противоградовые средства.

Shilin A., Federal Service for Hydrometeorology and Environmental Monitoring, Re-

search and Production Association «Typhoon», e-mail: a@metal-profi.ru

Khuchunaev B. Federal State Budgetary Institution «High-Mountain Geophysical Institute», e-mail: buzgigit@mail.ru

Possibilities of Increasing the Efficiency of Pyrotechnical Generators of Ice-Forming Aerosol

Introduction. The currently achieved efficiency of pyrotechnic generators of ice-form-

ing aerosol, calculated on pure silver iodide, is 1E+14 active particles at a temperature of minus 10 °C. Meanwhile, since there is currently data on the activity of silver iodide particles with a size of 50 nm at this temperature and below, and given that approximately 1E+19 particles of this size can be obtained from 1 g of silver iodide, there is reason to assume a significant increase in the efficiency of existing pyrotechnic compositions. In this work, the ways of increasing the efficiency of existing pyrotechnic generators and means of active influence are investigated.

Materials and methods

of the research. Laboratory experiments were carried out on the physical modeling of the combustion processes of pyrotechnic compositions under the influence of various conditions. The spectra of the combustion products of pyrotechnic compositions obtained in the study of the operating modes of the generators and the variants of the generator design were analyzed.

The results of the study and their

discussion. The factors influencing the change in the combustion spectra of the pyro-

compositions of the generators of ice-forming aerosol are analyzed. It is shown that the blowing speed significantly changes the aerosol spectrum; an increase in the number of nozzle openings and the organization of the drift mixing mode of gas jets lead to an increase in the yield of active particles in the size range of 50-70 nm; an increase in the operating pressure at which the generator operates leads to an increase in the percentage of silver iodide that has passed into the vapor phase without decomposition by about two times.

Conclusions. The results of experiments on increasing the yield of active ice-forming

particles during the operation of pyrotechnic generators under the influence of the following factors are presented: change in the blowing speed of the pyrotechnic generator; changing the geometry of the jets formed during the combustion of the generator; changing the direction of blowing the torch; change in the content of silver iodide in combustion products.

Key words: Ice-forming aerosol, ice-forming reagents, active influences, anti-hail

agents.

Введение

Имеющиеся на данный момент лучшие пиротехнические составы характеризуются следующим выходом активных льдообразующих частиц получаемые с одного грамма пиротехнического состава (табл. 1).

Таблица 1.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ СОСТАВОВ ПРИ МИНУС 10 °С.

Table 1. Efficiency of pyrotechnical compositions at minus 10 °С

Состав

(производитель/

источник

данных)

AgI

N

на грамм

N

на грамм AgI

АД-1 «Чебоксарское производственное объединение им В.И. Чапаева», Россия 8% 2Е + 13 2,5Е + 14

ICE «Ice Crystal 11,5 % 3Е + 13 2,5Е + 14

Engeneering»,

США

Однако с учетом имеющихся в настоящее время данных об практически 100%-ной активности частиц йодистого серебра диаметром 50 нм при минус 10 °С, возможно предполагать получение значительно большей эффективности пиросоставов с таким содержанием AgI (рис. 1).

Таким образом, предельное количество аэрозольных частиц данного размера, которое теоретически возможно получить с 1 грамма йодистого серебра составляет величину порядка 1019, то есть превышающую реально достигнутую на данный момент величину выхода ориентировочно на 5 порядков. В данной работе будут рассмотрены возможные варианты увеличения выхода активных льдообразующих частиц при работе пиротехнических генераторов.

материалы и методы исследования

В практике активных воздействий ключевое значение имеет эффективность применяемых генераторов и пиротехнических составов. Практически с момента открытия принципов проведения активных воздействий посредством реализации процесса фазовой неустойчивости переохлаждённой двухфазной среды и принципов действия льдообразующих реагентов [2], проведен гига-

233 238 243 248 253 258 263 268 Temperature (K)

1- — 400 nm ■ — 200 nm

— 50 nm

— 40 nm

— 30 nm м — 20 nm

Рис. 1. Льдообразующая активность частиц йодистого серебра

различного размера [1].

Fig . 1. Ice-forming activity of particles of silver iodide of various sizes [1] .

нтский объем исследований по поиску веществ, обладающих льдо-образующими свойствами. Среди наиболее перспективных соединений были определены: неорганические вещества:

— йодистое серебро и йодистый свинец;

— органические вещества - флороглюцин, феназин, ацетилацетонат меди, 1,5-диоксихинолин, металь-дегид [3].

Также рассматривались льдообразующие биологические агенты [4] и минеральные компоненты естественного происхождения, прежде всего Na, K-полевые шпаты [5, 6, 7, 8]. В том числе в работе [5] продемонстрировано, что отдельные образцы ортоклаза проявляют практически 100% эффективность при замораживании капель водных суспензий при температуре минус от 4 °С, что близко по порогу действия к йодистому серебру. Тем не менее, рассматривая потенциальные льдообразую-щие вещества в аспекте их применения для снаряжения автономных пиротехнических генераторов, следует выделить только йодистое серебро и йодистый свинец - вещества, сочетающие высокую льдообразующую активность и относительную термическую стабильность в процессе перевода реагента в аэрозольное состояние [9, 10]

Однако, поскольку использование аэрозолей йодистого свинца в настоящее время нежелательно, в связи с высокой токсичностью этих соединений [11] фактически единственным соединением, используемым сейчас для создания льдообразующих аэрозолей является йодистое серебро. Практически начиная с открытия льдообразующих свойств этого вещества и создания первых пиротехнических рецептур на его основе, идет непрерывный процесс, направленный на снижение его содержания в используемых пиротехнических составов. Так, от содержания Agi на уровне 50-60% от веса рецептуры в 50-60-х годах на данный момент удалось снизить его содержание до 5-8% без потери льдообразующей эффективности аэрозоля [12].

% N

3,5

0,5

oo д • □+ <

° A □+

DO •

о д . A % +

° A . °П++

° I' О Дд • □ + □ + □ .

100

200 300

Т

400

D nm

500

НЗрЗ-й' 600

0г|й

700

0

0

о — 1 m/s + — 5 m/s □ — 10 m/s . — 20 m/s a — 30 m/s ■ — 40 m/s о — 55 m/s

Рис. 2. Спектры аэрозоля, полученные при исследовании пиро-

технического генератора в габаритах открытого патрона ПВ-26, снаряженного составом по патенту RU 2551343 (15% Ag3CuI4) при скоростях обдува в аэродинамической трубе от 1 до 55 м/с.

Fig . 2 . Aerosol spectra obtained in the study of a pyrotechnic generator in the dimensions of an open cartridge PV-26, equipped with a composition according to patent RU 2551343 (15% Ag3CuI4) at blowing speeds in a wind tunnel from 1 to 55 m/s .

Влияние скорости обдува пиротехнического генератора

При анализе спектров аэрозоля, полученных при исследовании генераторов в условиях функционирования, максимально приближенных к реальным, (моделировались габариты генератора и скорость воздушного потока) нами получено следующее распределение частиц (рис. 2 и 3):

Соответственно количество частиц и процент массы, приходящихся на диапазон размеров 50-70 нм в зависимости от скорости обдува генератора приведены в таблице 2.

Если учесть, что установившаяся скорость падения патрона ПВ-26 при отстреле из самолета составляет 60 м/с, то в данном диапазоне размеров находится 26 % от общего числа частиц, что составляет 22 % от общей массы аэрозоля. Однако по мере приближения диапазона к 50 нм, это количество еще более уменьшается. Так на долю частиц 50 нм при скорости обдува патрона 55 м/с приходится только 3% от общего количества, что составляет 1.63 от общей массы аэрозоля. Соответственно преобладающую роль в формировании спектра аэрозоля играет процесс коагуляции, интенсивно уменьшающий концентрацию частиц нанометрового диапазона размеров за счет броуновской коагуляции (рис. 4) Б.Г. Трусов [13].

Увеличение скорости обдува приводит к смещению спектра размеров частиц аэрозоля в сторону меньших размеров, однако этот процесс имеет две противоположные тенденции:

— увеличение скорости обдува приводит к большему разбавлению струи генератора, содержащий активный аэрозоль и соответственно падению концентрации частиц и уменьшению процесса коагуляции;

— с другой стороны более резкое охлаждение струи вследствие ее размывания ускоряет процессы конденсации и ведет к получению большего количества частиц.

Результирующим процессом является сдвиг спектра в сторону меньших размеров частиц, но этот сдвиг на реальных скоростях движения генератора не слишком выражен.

4,5

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

4,0

3,5

3,0

А ■1

О А

^ +

о°0оо

. д

О . д

О О

о

2,5 0 AO.An оЧ, AD- 0 D+ °° ■ • . □ 4. О

2,0 О A ■ О д* 0 (Р О о'аЖ О °

1,5 о" А» сГд. 0 + 0 в ДО □ .

1,0 О д» OJA* с; А» □ ° о О □ О 2 . °D - 0

i" -П|П □ mi П _ V | _ п

О О О О

D nm

100

200

300

400

500

600

700

0

о — 1 m/s + — 5 m/s □ — 10 m/s • — 20 m/s д — 30 m/s ■ — 40 m/s о — 55 m/s

Рис. 3. Процент массы частиц приходящийся на частицы соответ-

ствующего размера для того же аэрозоля.

Fig . 3 . Percentage of particle mass per particle of appropriate size for the same aerosol .

Таблица 2. ПРОЦЕНТ ОТ ОБЩЕГО ЧИСЛА ЧАСТИЦ И ПРОЦЕНТ МАССЫ, ПРИ-

ХОДЯЩИЙСЯ НА ЧАСТИЦЫ ДИАПАЗОНА РАЗМЕРОВ ОТ 50 ДО 70 НМ. ПАТРОН ПВ-26, БЕЗ ДИАФРАГМИРОВАНИЯ, ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПО ПАТЕНТУ RU 2551343 Table 2. Percentage of the total number of particles and percentage of mass according to particles of size range from 50 to 70 nm. Cartridge PV-26, without diaphragming, pyrotechnical composition according to patent RU 2551343

Скорость % %

обдува частиц общей

массы

1 м/с 6,26 0,17

5 м/с 11,17 0,82

10 м/с 12,26 1,11

20 м/с 19,82 5,15

30 м/с 22,95 9,23

40 м/с 25,57 15,57

55 м/с 25,99 22,17

Изменение геометрии струй, образованных при горении генератора

Другим вариантом увеличения выхода активного аэрозоля является изменение геометрии струй, образованных продуктами горения пиросостава. В ФБГУ «НПО «Тайфун» на примере патрона ПВ-26 были исследованы различные варианты конструкции генератора. При одинаковом коэффициенте диафрагмирования К (отношении площади горящей поверхности пиротехнического заряда к площади отверстия диафрагмы или критического сечения сопла) равном 50 исследовались варианты истечения газов через различное количество сопловых отверстий от 1 до 7. В сравнении с вариантом отсутствия диафрагмирования эти данные представлены на фотографиях (рис. 5) и графике (рис. 6).

No. 1/

см3

1,Е+15

1,Е+14

1,Е+13

1,Е+12

1,Е+11

1,Е+10

1,Е+9

1,Е+8

1,Е+7

1,Е+6

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

Рис. 4.

Изменение концентрации льдообразующих частиц во времени при разных начальных концентрациях N0.

Fig . 4 . Changes in the concentration of ice-forming particles with time at different initial concentrations of N0 .

ХЧ

e

Рис. 5. Истечение продуктов горения пиросостава патрона ПВ-26

в вариантах а-без диафрагмирования, б-е с коэффициентом диафрагмирования К = 50 и числом сопловых отверстий 1, 2, 3, 4, 5 соответственно.

Fig . 5 . The outflow of combustion products of the pyrocomposition of the PV-26 cartridge in variants a-without diaphragm, b-f with a diaphragm ratio K = 50 and the number of nozzle holes 1, 2, 3, 4, 5, respectively

% N 3,5

О — без сопла

О — 1 сопло

п — 2 сопла

• — 3 сопла

о — 4 сопла

■ — 5 сопел

д — 6 сопел

Рис. 6. Спектр аэрозоля патрона ПВ-26 образованный при различ-

ной геометрии газовых струй.

Fig . 6 . The aerosol spectrum of the PV-26 cartridge formed at different geometries of gas jets .

Процент от общего числа частиц и процент массы, приходящийся на частицы диапазона размеров от 50 до 70 нм образовавшихся при различной геометрии сопловых отверстий приведены в таблице 3.

Таблица 3. ПРОЦЕНТ ОТ ОБЩЕГО ЧИСЛА ЧАСТИЦ И ПРОЦЕНТ МАССЫ,

ПРИХОДЯЩИЙСЯ НА ЧАСТИЦЫ ДИАПАЗОНА РАЗМЕРОВ ОТ 50 ДО 70 НМ ПРИ РАЗЛИЧНОЙ ГЕОМЕТРИИ ГАЗОВЫХ ПОТОКОВ. НАПРАВЛЕНИЕ ОБДУВА ПЕРПЕНДИКУЛЯРНО ГАЗОВЫМ ПОТОКАМ

Table 3. Percentage of the total number of particles and percentage of mass according to particles of the size range from 50 to 70 nm at different geometry of gas flows. Blowing direction perpendicular gas flows

Количество сопел % частиц % общей массы

Без диафрагмирования, обдув спутный 12,73 0,81

1 14,96 2,05

2 12,35 1,38

3 15,44 2,36

4 15,88 2,46

5 17,99 3,15

6 16,08 2,5

Несмотря на некоторый разброс данных, в отношении определения максимального количества активных частиц в диапазоне размеров 50-70 нм, наиболее предпочтительны варианты с большим числом сопловых отверстий. При этом по сравнению с бессопловым режимом горения количество частиц в данном диапазоне размеров увеличивается на 40%, увеличение массы частиц этого диапазона возрастает в 4 раза. Однако и в этом случае имеет место двоякая тенденция - сносящий поток воздуха быст-

рее размывает зону коагуляции в некоторой степени подавляя последнюю, однако более резкое охлаждение увеличивает число частиц меньших размеров. Результирующим процессом тем не менее является некоторое увеличение частиц в рассматриваемом диапазоне размеров.

Изменение направления обдува факела

Влияние изменения направления обдува также исследовалось для патрона ПВ-26, снаряженного составом по патенту RU 2551343 при коэффициенте диафрагмирования заряда К = 50. Результат экспериментов представлен на рисунках 7, 8 и в таблице 4.

Таблица 4. ПРОЦЕНТ ОТ ОБЩЕГО ЧИСЛА ЧАСТИЦ И ПРОЦЕНТ МАССЫ,

ПРИХОДЯЩИЙСЯ НА ЧАСТИЦЫ ДИАПАЗОНА РАЗМЕРОВ ОТ 50 ДО 70 НМ ПРИ РАЗЛИЧНОМ НАПРАВЛЕНИИ ОБДУВА ГЕНЕРАТОРА. ДИАМЕТР ПИРОТЕХНИЧЕСКОГО ЗАРЯДА 13 ММ СООТВЕТСТВУЕТ ЕВРОПЕЙСКОМУ ПРОТИВОГРАДОВОМУ ПАТРОНУ ВОЗДЕЙСТВИЯ

Table 4. Percentage of the total number of particles and percentage of mass according to particles of size range from 50 to 70 nm at different directions of generator blowing. Pyrotechnical charge diameter 13 mm meets european anti-hail exposure cartridge

Направление обдува, градусы % частиц % общей массы

0 (спутный поток) 14,38 2,46

45 15,91 3,34

90 18,32 4,10

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

135 16,78 2,53

180 (встречный поток) 16,12 2,94

Рис. 7. Истечение продуктов горения пиросостава патрона ПВ-26 с

коэффициентом диафрагмирования К = 50 и вариантах обдува под следующими углами к направлению потока газов. а - спутный, б-г от 45, 90, 135°, д - встречный.

Fig . 7 . The outflow of combustion products of the pyrocomposition of the PV-26 cartridge with a diaphragm coefficient K = 50 and blowing options at the following angles to the direction of the gas flow. a - satellite, b - d from 45, 90, 135°, e - oncoming

% N

3,5

А — 0 градусов

ф — 45 градусов

□ — 90 градусов

• — 135 градусов

■ — 180 градусов

Рис. 8. Спектр аэрозоля 19 мм патрона, образованный при различ-

ном направлении обдува.

Fig . 8 . Aerosol spectrum of 19 mm cartridge formed at different blowing directions .

Таблица 5. ВОЗМОЖНОСТЬ УВЕЛИЧЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СРЕДСТВ

АКТИВНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ПРИМЕРЕ ПАТРОНА ВОЗДЕЙСТВИЯ ПВ-26 СНАРЯЖЕННОГО СОСТАВОМ ПО ПАТЕНТУ RU 2551343

Table 5. Possibility of increasing the efficiency of the means

of active impact on the example of the impact cartridge PV-26 equipped

with the composition according to patent RU 2551343

Параметр Примечание Ожидаемый эффект

Скорость Скорость обдува отсутствует

обдува в значительной степени изменяет спектр аэрозоля, однако для патрона ПВ-26 установившаяся скорость обдува составляет 60 м/с и изменена быть не может

Геометрия Увеличение числа ~40%

потоков сопловых отверстий

газа и организация сносящего режима смешения газовых струй приводят к увеличению выхода активных частиц в диапазоне размеров 50-70 нм

Изменение Увеличение ~50%

давления рабочего давления, при котором функционирует генератор, приводит к увеличению

процента

йодистого серебра, перешедшего в фазу пара без разложения примерно в два раза

AgI % 100

80 < > ♦ ♦ ♦к»

60 < > ▲ ▼ < > о w

49 i i < о

20 i < \ >

0 ) Patm

0 1 10

Рис. 9. Зависимость процента йодистого серебра, перешедшего

без разложения в фазу пара для состава RU 2551343 в диапазоне давлений от 0,1 до 30 атм.

Fig . 9 . Dependence of the percentage of silver iodide that passed into the vapor phase without decomposition for the composition RU 2551343 in the pressure range from 0 . 1 to 30 atm .

Оценивая полученную информацию следует отметить, что режим сносящего воздушного потока в максимальной степени сдвигает спектр аэрозоля в сторону образования частиц меньшего размера.

В облаках, как показывают расчеты, направление потока меняется со временем [14]. Неясно, как будет вести себя реагент в таких условиях. Это требует дальнейших исследований.

Изменение содержания йодистого серебра в продуктах горения

Как следует из термодинамических расчетов в работах Б.Г. Трусова, А.Г. Шилина, Ю.В. Андреева, В.Н. Иванова, В.Н. Панова, Ю.А. Пузова [13, 15], процент йодистого серебра, перешедшего без разложения в фазу пара, в значительной степени зависит от давления, при котором происходит процесс горения. Данные для диапазона давлений от 0,1 до 30 атмосфер приведены на рисунке 9.

При горении недиафрагмированного пиросотава и нормальном давлении в фазу пара переходит только 47,9% от первоначально находившегося в рецептуре йодистого серебра.

Результаты и их обсуждение

Данные по возможности увеличения эффективности средств активных воздействий суммированы в таблице 5.

Выводы

— На данный момент имеется теоретическая возмож-

ность получения льдообразующих пиротехнических составов на уровне активности 2-3Е + 14 активных ядер на грамм пиротехнической композиции (или 1Е + 16 ядер на 1 грамм Agi) при минус 10 °С.

Большие значения выхода в расчете на грамм пиро-состава блокируются интенсивно протекающими процессами коагуляции и на данный момент их достижение реальным не представляется.

В целях увеличения выхода следует рассматривать возможность увеличения количества активных частиц не на грамм пиросостава а на грамм чистого йодистого серебра посредством формирования ядер левелитной структуры. Экономия расхода серебра при этом не связана с количеством и размером частиц льдообразующе нейтральных соединений, поскольку в данном случае имеется в виду только поверхностная модификация частиц аэрозоля небольшим количеством молекул Agi.

Библиографический список

1. Claudia M ., Baban N ., André W., and Ulrike L . Ice nucleation efficiency of Agi: review and new insights . Atmos . Chem . Phys . 2016 . № 16 . P. 8915-8937 .

2 . Vincent J . Schaefer, Schenectady, and Bernard Vonnegut,

Alplaus, N . Y., Method of crystal formation and precipitation . US2527230A

3 . Плауде Н . О . , Соловьев А . Д . Льдообразующие аэрозо-

ли для воздействия на облака . Обнинск: ВНИГМИ-МЦД, 1979.82 с .

4 . Snider J . R . R . G . Layton, Caple G . , Chapman D . Bacteria as

condensation nuclei // J . Rech . Atmos . 1985 . Vol . 19 . № 2-3 . P. 139-145 .

5 . Alexander D . Harrison, Thomas F. Whale, Michael A . Carpen-

ter, Mark A . Holden, Lesley Neve, Daniel O'Sullivan, Jesus Vergara Temprado, and Benjamin J . Murray «Not all feldspars are equal: a survey of ice nucleating properties across the feldspar group of minerals» Atmos . Chem . Phys . 2016 . № 16 . P. 10927-10940 .

6 . Alexander D . Harrison, Katherine Lever, Alberto Sanchez-

Marroquin, Mark A . Holden, Thomas F. Whale, Mark D . Tarn, James B . McQuaid, and Benjamin J . Murray. The ice-nucleating ability of quartz immersed in water and its atmospheric importance compared to K-feldspar. Atmos . Chem . Phys . 2019 . № 19 . P. 11343-11361.

7 . Andreas Peckhaus, Alexei Kiselev, Thibault Hiron, Martin

Ebert, and Thomas Leisner. A comparative study of K-rich and Na/Ca-rich feldspar ice-nucleating particles in a nanoli-ter droplet freezing assay. Atmos . Chem . Phys . 2016 . № 16 . P. 11477-11496.

8 . André Welti, Ulrike Lohmann, and Zamin A . Kanji . Ice nucle-

ation properties of K-feldspar polymorphs and plagioclase feldspars . Atmos . Chem . Phys . 2019 . № 19 . P. 10901-10918.

9 . Плауде Н . О . Исследование льдообразующих свойств аэ-

розолей йодистого серебра и йодистого свинца // Труды ЦАО.1967 . Вып.80 . С.88 .

10 . Сумин Ю . П . Результаты исследований льдообразующего действия пиротехнических составов с йодидами серебра и свинца при воздействии переохлажденные слоистооб-разные облака / Ю . П . Сумин, Н . В . Торопова // Труды ГГО . 1972 . Вып . 278 . С . 78-90 . 11. Industrial hygiene and toxicology. Vol . II. 2nd rev. ed . Frank A . Patty, Editor. John Wiley & Sons, Inc . , 605 Third Ave . , New York 16, N . Y. 1963 .

12 . Пащенко С . Э . , Бакланов А. М . , Горбунов Б . З . , Какуткина

Н .А. , Куценогий К. П ., Сидоров А. И ., Кравченко И . П . Исследование дисперсности и льдообразующей активности аэрозолей иодистого серебра, генерируемого пирососта-вами // Известия академии наук СССР Физика атмосферы и океана . Т. 18, №5, 1982, С . 506-512 .

13 . Трусов Б .Г. Моделирование химических и фазовых равно-

весий при высоких температурах (АСТРА.4/рс) . Москва: МГТУ им . Н . Э . Баумана . 1994 . 50 с .

14 . Семенова Ю .А . , Закинян А . Р., Смерек Ю . Л ., Данилова Н . Е .

Закинян Р. Г. Исследование вихревого состояния атмосферы // Наука . Инновации . Технологии . 2016 . №3 . с . 83-88 .

15 . Шилин А .Г. , Андреев Ю . В ., Иванов В . Н ., Панов В . Н ., Пузов

Ю . А ., Савченко А . В . Исследование функционирования генераторов льдообразующего аэрозоля в условиях, макси-

мально приближенных к реальным . г Нальчик. Доклады Всероссийской открытой конференции по физике облаков и активным воздействиям на гидрометеорологические процессы . 8-10 октября 2021 г С . 386-390 .

References

1. Claudia M ., Baban N ., André W., and Ulrike L . Ice nucleation efficiency of Agi: review and new insights . Atmos . Chem . Phys . 2016 . Vol . 16, P. 8915-8937 .

2 . Vincent J . Schaefer, Schenectady, and Bernard Vonnegut,

Alplaus, N Y , Method of crystal formation and precipitation US2527230A

3 . Plaude N . O ., Soloviev A . D . Ice-forming aerosols for influenc-

ing clouds . Obninsk: RIHMI-WDC . 1979 . 82 p .

4 Snider J R , Layton R G , Caple G , Chapman D Bacteria as condensation nuclei // J . Rech . Atmos . 1985 . Vol . 19 . № 2-3 . P. 139-145 .

5 Alexander D Harrison, Thomas F Whale, Michael A Carpenter, Mark A . Holden, Lesley Neve, Daniel O'Sullivan, Jesus Vergara Temprado, and Benjamin J . Murray «Not all feldspars are equal: a survey of ice nucleating properties across the feldspar group of minerals» Atmos . Chem . Phys . 2016 . № 16 . P. 10927-10940 .

6 . Alexander D . Harrison, Katherine Lever, Alberto Sanchez-

Marroquin, Mark A Holden, Thomas F Whale, Mark D Tarn, James B . McQuaid, and Benjamin J . Murray. The ice-nucleating ability of quartz immersed in water and its atmospheric importance compared to K-feldspar. Atmos . Chem . Phys . 2019 . № 19 . P. 11343-11361.

7 . Andreas Peckhaus, Alexei Kiselev, Thibault Hiron, Martin

Ebert, and Thomas Leisner. A comparative study of K-rich and Na/Ca-rich feldspar ice-nucleating particles in a nanoli-ter droplet freezing assay . Atmos . Chem . Phys . 2016 . № 16 . P. 11477-11496 .

8 . André Welti, Ulrike Lohmann, and Zamin A . Kanji . Ice nucle-

ation properties of K-feldspar polymorphs and plagioclase feldspars . Atmos . Chem . Phys . 2019 . № 19 . P. 10901-10918 .

9 Plaude N O Investigation of ice-forming properties of aerosols of Silver Iodide and Lead Iodide // Proceedings of the CAO V 80 P 88

10 . Sumin Yu . P. , Toropova N . V. Results of investigations of the ice-forming effect of pyrotechnic compositions with Silver and Lead Iodides under the influence of supercooled layered clouds // Proceedings of the MGO . 1972 . Issue . 278 . P. 7890

11. Industrial hygiene and toxicology. Vol . II. 2nd rev. ed . Frank A . Patty, Editor. John Wiley & Sons, Inc . , 605 Third Ave ., New York 16, N . Y. 1963 .

12 . Baklanov A . M . et al . Investigation of the dispersion and ice-

forming activity of silver iodide aerosols generated by pyrocompositions // Proc . of USSR Academy of Scieces, Atmospheric and Oceanic Physics . 1982 . Vol . 18(5) . P. 506-512 .

13 . Trusov B . G . Simulation of chemical and phase equilibria at

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

high temperatures (ASTRA . 4/pc) . Moscow: Bauman MSTU . 1994.50 p .

14 . Semenova Yu . A ., Zakinyan A . R . , Smerek Yu . L . , Danilova

N . E ., Zakinyan R . G . Investigation of the vortex state of the atmosphere // Science . Innovation . Technologies . 2016 . № 3 . P 83-88

15 . Shilin A . G . et al . Investigation of the functioning of genera-

tors of ice-forming aerosol in conditions as close as possible to real ones // Reports of the all-Russian open Conference on Cloud Physics and Weather Modification of Hydrometeo-rological Processes . Nalchik. October 8-10 . 2021. P. 386390

Поступило в редакцию 02.11.2021, принята к публикации 12.01.2022.

Об авторах

Шилин Александр Геннадьевич, старший научный сотрудник Института экспериментальной метеорологии ФГБУ «НПО «Тайфун», кандидат физико-математичеких наук . Адрес: 249038, Калужская область, г Обнинск, ул Победы, д 4

Телефон: E-mail a@metal-profi.ru

Хучунаев Бузигит Муссаевич, и . о . ведущего научного сотрудника лаборатории микрофизики облаков отдела физики облаков ФГБУ «ВГИ», доктор физико-математических наук . Адрес: 360002, Кабардино-Балкарская Республика, г. Нальчик, пр . Ленина, 2 Телефон: E-mail buzgigit@mail . ru

About authors

Shilin Alexander Gennadievich, Senior Researcher of the Institute of Experimental Meteorology, Federal State Budgetary Institution «Research and Production Association» Typhoon», Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Russia, Kaluga Obl ., 249038, Obninsk, Pobeda Str., 4, e-mail: a@metal-profi.ru

Khuchunaev Buzigit Mussaevich, Acting Lead Researcher of the Department of Cloud Physics, Federal State Budgetary Institution «High-Mountain Geophysical Institute», Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Russia, Kabardino-Balkarian Republic, 360030, Nalchik, Lenin Ave . , 2, tel: 8(928)708-85-98, e-mail: buzgigit@mail ru

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.