新建1200L云室降溫速率及溫度分布的測(cè)量

蘇杭，徐超，蔣彤

摘要：通過(guò)對(duì)本省新建的1200L云室的降溫速率和云室內(nèi)部溫度分布等指標(biāo)的測(cè)量，從而對(duì)云室測(cè)溫系統(tǒng)進(jìn)行鑒定。1200L等溫云室采用雙壓縮機(jī)制冷、夾層冷媒和電加熱器溫控技術(shù)，提高了云室對(duì)溫度控制的穩(wěn)定性。在室溫9.0℃時(shí)，制冷效率為0.234℃/min。云室保溫性能好，云室內(nèi)垂直和水平方向溫度幾乎沒(méi)有溫差，提高各溫度冰核檢測(cè)的穩(wěn)定性，并且同溫度對(duì)比實(shí)驗(yàn)可多次進(jìn)行，能加快實(shí)驗(yàn)進(jìn)度。在某一所需檢測(cè)溫度重復(fù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，使檢測(cè)數(shù)據(jù)可靠，重復(fù)性好。

關(guān)鍵詞：1200L云室；降溫速率；溫度分布

中圖分類號(hào)： P401 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A DOI編號(hào)： 10.14025/j.cnki.jlny.2018.20.085

目前，水資源短缺已嚴(yán)重影響著我國(guó)部分地區(qū)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)特別是農(nóng)業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。科學(xué)家們希望通過(guò)人工影響天氣增加降水來(lái)緩解水資源短缺的情況。為尋找有良好催化效果的催化劑，首先需要經(jīng)過(guò)大量室內(nèi)試驗(yàn)，確定其成核效果后，才能用于外場(chǎng)試驗(yàn)。

云室是室內(nèi)檢測(cè)人工影響天氣催化劑催化效果的主要工具，是研究和模擬在不同成云條件下，降水粒子和云霧的生成、增長(zhǎng)、轉(zhuǎn)化過(guò)程、檢測(cè)云凝結(jié)核、冰核的濃度、試驗(yàn)人工催化冰核和吸濕性核的性質(zhì)等。通過(guò)室內(nèi)的云室實(shí)驗(yàn)?zāi)艽_定人工影響天氣過(guò)程中所采用催化劑的性能及有效性。在實(shí)驗(yàn)之前檢測(cè)云室的降溫速率及溫度分布，是保證云室實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性和實(shí)驗(yàn)效率的保證。

1 新建1200L云室的自然條件

云室主體總高為2.75m，外徑1.19m，內(nèi)高1.8m，內(nèi)徑0.9m，總?cè)莘e為1200L的圓柱形狀。

云室采用雙層夾套結(jié)構(gòu)，外部有保溫層，周邊有冷媒循環(huán)的夾套。云室主要由云室主體、控制系統(tǒng)、保溫絕熱層、制冷系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、酒精循環(huán)系統(tǒng)、冰晶接取裝置、測(cè)溫儀、超聲霧化器和冷臺(tái)等組成。制冷系統(tǒng)由兩套制冷劑組構(gòu)成，根據(jù)需要可同時(shí)開(kāi)啟或開(kāi)啟其中的任意一臺(tái)，如降溫時(shí)可開(kāi)啟兩臺(tái)，當(dāng)達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)可關(guān)掉一臺(tái)。這樣降溫速度快，在恒溫階段電能消耗減少，達(dá)到節(jié)能的目的。控制系統(tǒng)采用高精度智能溫度控制儀，PID智能控制，控溫精度高。通過(guò)循環(huán)泵將恒定溫度的冷媒送入云室，繼而恒定云室主體內(nèi)溫度。

2 新建1200L云室降溫速率及溫度分布的測(cè)量

2.1 測(cè)溫系統(tǒng)

為了準(zhǔn)確確定冰核活化溫度，共使用4套測(cè)溫儀，4個(gè)感應(yīng)元件分別對(duì)應(yīng)四套主電路，感應(yīng)元件為由激光技術(shù)制作的超小型鉑膜Pt100，反應(yīng)時(shí)間小于0.1秒，靈敏度±0.2℃。在-25℃～25℃范圍內(nèi)，4套測(cè)溫儀間的誤差約為±0.3℃。

測(cè)量時(shí)，在云室測(cè)溫系統(tǒng)布設(shè)了四個(gè)點(diǎn)。溫度探頭分別安裝在云室內(nèi)中部、冰晶接取裝置、霧流入口和冷媒中。在測(cè)溫系統(tǒng)安裝后，對(duì)云室的溫度性能進(jìn)行了檢測(cè)。

2.2 云室降溫速率的檢測(cè)

在室內(nèi)溫度9.1℃的情況下，將冷媒溫度調(diào)至-25℃，把云室進(jìn)行封閉，在不通霧的狀態(tài)下對(duì)云室中心溫度進(jìn)行測(cè)量，每2min對(duì)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行讀數(shù)，這樣通過(guò)時(shí)間使溫度的變化得到云室的降溫速率。如圖1所示。

通過(guò)圖1可以看出，在室溫9.1℃的情況下，2小時(shí)20分鐘即可制冷到-22℃，降溫速率為0.234℃/min。

2.3云室溫度分布的檢測(cè)

2.3.1云室水平方向溫度分布測(cè)量 云室水平溫度測(cè)量方法：在云室封閉且不通霧的狀態(tài)下，將冷媒冷至-25℃停機(jī)，在距云室底部90cm高度處進(jìn)行云室內(nèi)水平溫度測(cè)量，將感溫元件從云室內(nèi)筒邊壁開(kāi)始，每水平移動(dòng)10cm為一個(gè)測(cè)點(diǎn)，每點(diǎn)停留2min讀數(shù)，得到的水平溫度分布如圖2所示。

由圖2可知，云室的水平方向溫度變化主要在云室壁附近，由于靠近云室壁冷媒層，故溫度相對(duì)較低，但溫差不大，僅有0.2℃。距邊壁10～70cm距離范圍內(nèi)，溫度沒(méi)有變化。故該云室水平方向溫度穩(wěn)定。2.3.2 云室垂直方向溫度分布測(cè)量 云室垂直溫度測(cè)量方法：在云室封閉且不通霧的狀態(tài)下，將冷媒冷至-25℃停機(jī)，在云室中部，距云室底10cm開(kāi)始，每垂直上升10cm為一個(gè)測(cè)點(diǎn)，每一個(gè)測(cè)點(diǎn)停留2min后讀數(shù)，其結(jié)果見(jiàn)圖3。

由圖3可知，云室的垂直方向溫度變化主要在云室底部和頂部，由于云室上下兩端沒(méi)有冷媒層，且云室壁較薄，故溫度相對(duì)較高，但僅有0.3℃溫差。自距云室底20～140cm距離范圍內(nèi)，溫度沒(méi)有變化，故該云室垂直方向溫度穩(wěn)定。

3 結(jié)語(yǔ)

該云室在室溫9.1℃的情況下，2小時(shí)20min即可制冷到-22℃，降溫速率為0.234℃/min。

云室內(nèi)垂直和水平方向溫度幾乎沒(méi)有溫差，提高各溫度冰核檢測(cè)的穩(wěn)定性，并且同溫度對(duì)比實(shí)驗(yàn)可多次進(jìn)行，能加快實(shí)驗(yàn)進(jìn)度。

在某一所需檢測(cè)溫度重復(fù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，使檢測(cè)數(shù)據(jù)可靠，重復(fù)性好。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：蘇杭，本科學(xué)歷，工程師，研究方向：大氣物理與大氣科學(xué)。