SU900239A1 - Device for determination of aerosol ice-forming efficiency - Google Patents

Description

II

Изобретение относитс  к Meteopoлогии , а точнее к исследовани м процессов льдообразовани  с помсмдьо термодиффузионных камер, и может быть применено дл  изучени  газофазных реакций, фазовых переходов в присутствии зародышей и роста поликристаллов , а также в микробиологии и медицине.The invention relates to Meteopology, and more specifically to studies of ice formation with thermal diffusion chambers, and can be used to study gas-phase reactions, phase transitions in the presence of germs and polycrystal growth, as well as in microbiology and medicine.

.Известные термодиффузионные камеры имеют корпус, выполненный из теплоизол тора . В камере имеютс  две металлические поверхности, расположенные в одной плоскости или друг над другом с воздушным зазором. Одна поверхность, выполненна  в виде кольца (верхн   пластина в другой модификации камеры), смачиваетс  водой и  вл етс  увлажнителем. Втора  поверхность , расположенна  внутри кольца (под увлажнителем),  вл етс  предметным столиком, на котором устанавливаетс  аэрозольна  проба, предварительно осажденна  на фильтр или металлический зеркальный ( полированный ) диск. Увлажнитель и предметный столик разделены теплоизол тором. Температуры их рерупируютс  автономно . Устанавливаетс  температура столика (исследуемого объекта), затем мен ют температуру испарител , тем самым мен   влажность над объектом. Таким образом, в зависимости от температуры столика и испарител  можно . Known thermal diffusion chambers have a body made of a thermal insulator. In the chamber there are two metal surfaces located in the same plane or one above the other with an air gap. One surface made in the form of a ring (the top plate in another modification of the chamber) is wetted with water and is a humidifier. The second surface located inside the ring (under the humidifier) is an object stage on which the aerosol sample is installed, preliminarily deposited on a filter or a metal specular (polished) disc. The humidifier and the stage are separated by heat insulator. Their temperatures are reversed autonomously. The temperature of the table (the object under study) is set, then the temperature of the evaporator is changed, thereby changing the humidity above the object. Thus, depending on the temperature of the table and the evaporator, you can

10 установить любую влажность над пробой , при которой происходит активаци  льдообразующих  дер. Этот метод отличаетс  простотой, удобством и высокой точностью поддержани  темпера15 туры и влажности 1.10 to establish any moisture above the sample at which the activation of ice-forming nuclei occurs. This method is distinguished by its simplicity, convenience, and high accuracy in maintaining temperature and humidity 1.

Недостаток метода св зан с истои ением вод ного пара в камере изза большой плотности частиц в аэрозольной пробе. Гидрофильные частицы The disadvantage of the method is associated with the exhaustion of water vapor in the chamber due to the high density of particles in the aerosol sample. Hydrophilic particles

20 поглощают значительную часть вод - , ного пара, а медленный процесс диффузии его от источника не успевает пополн ть это истощение. Поэтому дл  Э9 активации льдообраэующих  дер, конденсационно менее активных, оставшегос  количества пара уже недостаточно , что приводит к существенным ошибкам в определении льдообразующей активности аэрозолей. Эта ошибка растет с увеличением числа части в пробе. Известны динамические термодиффузионные камеры, в которых воздух циркулируют по замкнутому контуру. Стру  воздуха продуваетс  через охлаждаемый до нужной температуры радиатор , насыщалась там вод ным паром до требуемой величины и далее проходит над аэрозольной пробой, осажденной на какую-либо подложку (полированный диск, фольгу или фильт Вод ной пар диффундирует из струи воздуха к аэрозольной пробе, увлажн   ее и активиру  льдообразующие  дра. Таким образом, принудительное поступление вод ного пара к аэрозол ной пробе в значительной мере уменьшает его потери, обусловленные погло щением пара большим количеством конденсационно активных  дер 2. Однако различные части струи охлаждаютс  не одинаково, а турбулентный характер ее движени  еще больше увеличиваетс  неравномерность увлажнени  пробы. Кроме того, так как температура источника вод ного пара, а следовательно , и продуваемого воздуха, все да выше температуры подложки с пробой , то тепло передаетс  от струи к пробе и температура ее повышаетс  что ведет к дополнительным ошибкам. Наиболее близкой к предлагаемой  вл етс  термодиффузионна  камера с теплоизолированным корпусом и окном дл  наблюдени , содержаща  контакти рующие с термобатаре ми увлажнитель и предметный столик дл  аэрозольной пробы 3. Однако использование этой термодиффузионной камеры также приводит к существенным ошибкам в определении льдообразующей активности аэрозолей Цель изобретени  - повышение точ ности определени  льдообразующей активности аэрозолей. Поставленна  цель достигаетс  тем, что предметный столик дл  проб аэрозолей снабжен управл емым подви ным экраном, из паронепроницаемого гидрофобного материала. На фиг.1 схем.-тически показано предлагаемое устройство; на фиг.2 столик с пробой и экраном с вырезом, вид сверху. Корпус камеры 1 вы.,опнен из теплоизол тора . Внутри камеры установлен кольцевой профилиЬованный увлажнитель 2, в который заливаетс  вода. В центре кольца, коаксиально с ним, расположен предметный столик 3, на который устанавливаетс  отполированный металлический диск или фильтр, с предварительно осажденной аэрозольной пробой 4. Сверху камера 5закрываетс  крышкой с окном 6 дл  наблюдени , имеющим три стекла дл  предотвращени  запотевани . Увлажнитель и столик охлаждаютс  полупроводниковыми термобатаре ми 7, которые разделены кольцевым теплоизол тором 8. На столике устанавливаетс  тонкий управл емый экран 9, который закрывает сверху аэрозольную пробу от доступа вод ного пара из объема камеры. Экран 9 может перемещатьс  по направл ющим 10. Управление положением экрана осуществл етс  двум  нит ми 11 и 12, пропущенными через тонкое отверстие в корпусе 1. Нить 12 переброшена через блок 13 внутри камеры . Устройство работает в следующей последовательности. На предметный столик 3 устанавливают фильтр или полированный металлический диск k с аэрозольной пробой k и заливают воду в увлажнитель 2. Закрыв крышку камеры 5, подают напр жение на термоувлажнитель 2,и термобатареи 7 и охлаждают увлажнитель 2 до нужной рабочей температуры. После установлени  расчетной температуры увлажнител , пот нув за нить 12, экраном 9 закрывают пробу k. Затем понижают температуру пробы до рабочей. Выждав, пока во всем объеме камеры установитс  расчетное насыпающее давление вод ного пара, соответствующее температуре увлажнител , пробу 4 открывают, пот нув за нить 11. Аэрозольна  проба оказываетс  при этом в атмосфере с расчетной влажностью и на ее частицах происходит нуклеаци  воды и льда. Через окно 6наблюдают за процессом нуклеации и ведут подсчет образовавшихс  лед ных кристаллов, определ   льдообразующую эффективность аэрозольной пробы .20 absorb a significant part of the water vapor, and the slow process of its diffusion from the source does not have time to replenish this depletion. Therefore, for E9, activation of ice-forming nuclei, condensation less active, the remaining amount of vapor is not enough, which leads to significant errors in determining the ice-forming activity of aerosols. This error increases with the number of parts in the sample. Dynamic thermal diffusion chambers are known in which air is circulated in a closed circuit. The air stream is blown through the radiator cooled to the desired temperature, saturated there with water vapor to the required value and then passes over the aerosol sample deposited on any substrate (polished disk, foil or filter. Water vapor diffuses from the air stream to the aerosol sample). activating the ice-forming cores. Thus, the forced entry of water vapor to the aerosol sample significantly reduces its losses due to the absorption of steam by a large amount of condensation However, the different parts of the jet are not equally cooled, and the turbulent nature of its movement increases the unevenness of sample moistening even more, since the temperature of the source of water vapor and, consequently, of the blown air, is higher and higher than the temperature of the sample with the sample, This heat is transferred from the jet to the sample and its temperature rises, which leads to additional errors. The closest to the offer is a thermal diffusion chamber with a thermally insulated casing and a viewing window containing a contact LPS ruyuschie with E thermopile stage and a humidifier for aerosol sample 3. However, the use of thermal diffusion chamber also leads to significant errors in the determination of the activity of an ice aerosols invention aim - increase the exactness of an ice detecting aerosols activity. This goal is achieved by the fact that the sample table for aerosol samples is equipped with a controllable movable screen made of vapor-tight hydrophobic material. Figure 1 schematic. Tically shows the proposed device; in Fig.2 a table with a sample and a screen with a cut-out, top view. The body of the camera 1 you., Is determined from the heat insulator. Inside the chamber, an annular shaped humidifier 2 is installed, into which water is poured. In the center of the ring, coaxially with it, there is an object table 3 on which a polished metal disc or filter is installed, with a preliminary precipitated aerosol sample 4. From above, the chamber 5 is covered with a window cover 6 for observation that has three panes to prevent fogging. The humidifier and the table are cooled by semiconductor thermopiles 7, which are separated by an annular heat insulator 8. A thin controlled screen 9 is installed on the table, which covers the top of the aerosol sample from the access of water vapor from the chamber volume. The screen 9 can be moved along the guides 10. The screen position is controlled by two threads 11 and 12, passed through a thin hole in the case 1. The thread 12 is thrown through the block 13 inside the chamber. The device operates in the following sequence. A filter or polished metal disk k with an aerosol sample k is placed on the stage 3 and water is poured into the humidifier 2. After closing the lid of the chamber 5, the voltage is supplied to the heat humidifier 2 and the thermocouple 7 and the humidifier 2 is cooled to the desired operating temperature. After establishing the design temperature of the humidifier, having pulled the thread 12, screen 9 closes the sample k. Then lower the temperature of the sample to work. After waiting for the calculated filling pressure of water vapor corresponding to the humidifier temperature to be established in the entire volume of the chamber, sample 4 is opened by pulling the thread 11. The aerosol test is in the atmosphere with the calculated humidity and the nucleation of water and ice occurs on its particles. Through the window 6, the nucleation process is observed and the ice crystals formed are counted, determining the ice-forming efficiency of the aerosol sample.

Применение тонкого паронепроницаемого экрана, установленного.непосредственно над аэрозольной пробой, поз- $ вол ет точно установить режим активации аэрозольных частиц, предотвратив раннюю конденсации воД ного пара на них до установлени  термостатического градиента концентрации во- to д ного пара в камере. Поэтому при таком режиме про влени  активируютс  практически все льдообразующие  дра и льдообразующа  активность аэрозолей определ етс  наиболее полно. Все воз-15 никшие лед ные кристаллы выживают за счет фазовой перегонки вод ного пара на кристаллы.The use of a thin vapor-tight screen installed directly above the aerosol breakdown allows you to precisely set the mode of activation of the aerosol particles, preventing early condensation of water vapor on them before establishing a thermostatic gradient of water vapor concentration in the chamber. Therefore, in this mode, the manifestations activate almost all ice-forming nuclei and the ice-forming activity of aerosols is determined most fully. All possible ice crystals survive due to the phase distillation of water vapor into crystals.

Другие возможные варианты устройства , могут быть такими. Экран изготов-20 лен в виде кругового сектора, вращающегос  вокруг вертикальной оси, установленной на кольцевом теплоизол торе 8. Экран может быть также разделенным на части (до четырех), кажда  из 25 которых может враи1атьс  вокруг своей оси. Это позволит одну аэрозольную пробу, осажденную на диск или фильтр, про вл ть четыре раза при различных комбинаци х температуры и влажности. 30Other possible options for the device may be. The screen is manufactured in a circular sector, rotating around a vertical axis, mounted on an annular heat insulator 8. The screen can also be divided into parts (up to four), each of which 25 can rotate around its axis. This will allow one aerosol sample deposited on a disk or filter to appear four times at different combinations of temperature and humidity. thirty

Claims (3)

1.The Second International Workshop on Ice Nuclei. Colorado, U.S.A., 1971.1.The Second International Workshop on Ice Nuclei. Colorado, U.S.A., 1971. 2.Langer G. and Rogers I. An Experimental Study of Detection of Ice Nuclei on Membrane Filters and other Substrate. I. Appl, Met., v.l, 1975, No. , p.560-570.2.Langer G. and Rogers I. Experimental Study of the Ice Nuclei on Membrane Filters and other Substrate. I. Appl, Met., V.l, 1975, No. , p.560-570. 3.Авторское свидетельство СССР № 525366, кл. G 01 W 1/00, (прототип).3. USSR author's certificate number 525366, cl. G 01 W 1/00, (prototype).