[实用新型]机载超音速气流致冷核化装置

说明书

技术领域

本实用新型属于气象设备领域，特别是涉及到一种人工影响天气的机载超音速气流致冷核化装置。

背景技术

十九世纪四十年代利用干冰影响云雾实验成功后，揭开了现代科学人工影响天气的历史。利用冰水转化的贝吉龙过程，使用干冰等制冷物质影响云物理过程已为世人公认。但干冰等物质既不易保存，又易产生温室气体，对环境有所影响，因此云物理科技工作者一直在探索新的影响云雾过程的方法和技术。

根据空气动力学理论和实验证明，气体以超音速运动时会产生激波和膨胀波，在膨胀波中气体猛烈膨胀，有的部位甚至可接近真空，膨胀波能使气体剧烈绝热降温，从而产生冰胚和冰晶，这就是超音速气流（马赫数M>1）的致冷核化效应。设气流经膨胀波时的温度为T，其与超音速气流的马赫数M的关系为：

T=T₀/(1+0.2M²)，T₀为总温（或称滞止温度）

当T₀=273k，M=1时T=-45℃，（低于水气同质核化温度-41℃）

M=2时T=-120℃，M=3时T=-176℃

当马赫数M>1时，超音速气流在-1℃～-17℃的过冷云雾中产生大量冰晶，在-8℃时每升空气产生的冰晶为10¹¹～10¹²量级。

超音速气流发生器的设计

要使常温空气致冷核化，首先要使空气加速成马赫数M≥1的超音速气流，根据经典空气动力学原理，要将亚音速气流加速到音速、超音速，必须采用拉瓦尔管。对亚音速（马赫数M<1）的气流，其在管道中的速度是随管径变小而变大，但对超音速气流则相反。因此亚音速气流达到音速后，要进一步提高速度，就要使管径逐渐变大即成扩张管。扩张管结构与超音速气流的性质有如下关系：

KA=AeAt=(1+γ-12×M2)γ+12×(γ-1)M×(γ+12)γ+12×(γ-1)---(1)]]>

其中Ae：扩张管出口横截面积

At：扩张管进口横截面积，即喉管横截面积

M：超音速气流马赫数

γ：气体的定容定压比热比。

同时超音速气流马赫数M与扩张管进口压力P₀和出口压力Pe之比：K_P=P₀/Pe还应符合以下关系：