Государственный контракт № 02.515.11.5100
Разработка и испытания экспериментального образца установки электрофизического воздействия на природные и техногенные воздушно-капельные дисперсии
Цель работы: Получение научно-технического задела и экспериментальных данных для проведения ОКР по созданию принципиально новых систем искусственного разрушения природных и техногенных воздушно-капельных дисперсий.
Шифр контракта: 2009-05-1.5-12-02
Приоритетное направление развития науки и техники: Рациональное природопользование.
Критическая технология: Технологии мониторинга и прогнозирования состояния атмосферы и гидросферы.
Период выполнения контракта за счет бюджетных средств С «15» июня 2009 г. по «30» ноября 2009 г.
Исполнитель: Общество с ограниченной ответственностью «Центр ультразвуковых технологий», г. Бийск
1. Актуальность проекта
Проблема необходимости искусственного разрушения различных газодисперсных систем, образующихся природным или техногенным путем, помимо желания человека, стоит в технике уже давно. К указанным газодисперсным системам относятся: туманы, смог, пыли, аэрозоли вредных и ядовитых веществ, взрывоопасные аэрозоли, радиоактивные аэрозоли.Мировая наука борется с туманами более 70 лет, и внимание к этой проблеме не ослабевает. Слишком актуален социальный заказ: туман – враг транспорта, земного и воздушного, он является причиной человеческих жертв и огромных материальных потерь, которые несут авиационные, автомобильные и прочие компании, связанные с движением.
Для улучшения метеорологических условий в период образования тумана и, прежде всего, уменьшения вероятности ограничения видимости ниже допустимых пределов, проводятся работы по искусственному воздействию на туман, т.е. созданию условий, ускоряющих процесс рассеивания тумана.
В связи с свыше сказанным, интерес к проблеме рассеивания туманов в последние годы значительно возрос, привел к созданию различных методов активного воздействия на туман.
Однако, несмотря на многообразие различных методов искусственного воздействия на воздушно-капельные дисперсии, о практической их реализации можно говорить лишь применительно к переохлажденным туманам. Методы воздействия на теплые туманы все еще находятся в стадии исследовательских и экспериментальных работ, поскольку воздействие на теплые туманы осложняется термодинамической устойчивостью теплых воздушно-капельных дисперсий. Среди разрабатываемых методов воздействия на теплые туманы (использование электростатического воздействия, акустического (ультразвукового) воздействия, оптических квантовых генераторов, гигроскопических реагентов, тепловых источников, динамического воздействия и др.) наиболее перспективными считаются методы электрофизического воздействия, среди которых следует выделить акустический (воздействие ультразвуковыми колебаниями с частотой более 22 кГц) и электростатический методы). Однако и они находятся в стадии лабораторных исследований и требуют теоретического и экспериментального исследования с целью выявления оптимальных условий и режимов воздействия и создания специализированного оборудования, способного обеспечить эффективное воздействие на воздушно-капельные дисперсии.
2. Разрабатываемая продукция
2.1 Номенклатура продукции, разрабатываемой в рамках проекта
- Научно-техническое обоснование, определяющее основные режимы электрофизического воздействия на природные и техногенные воздушно-капельные дисперсии, обеспечивающие ускоренную их эволюцию по сравнению с их естественным распадом.
- Техническое предложение по составу и основным конструктивным параметрам устройства, реализующего выявленные технологические режимы электрофизического воздействия на воздушно-капельные дисперсии.
- Экспериментальные данные, обеспечивающие создание систем искусственного разрушения природных и техногенных воздушно-капельных дисперсий.
- Техническая документация на создание экспериментальных образцов, обеспечивающих ускоренное рассеивание воздушно-капельных дисперсий природного и техногенного происхождения.
- Экспериментальные образцы, демонстрирующие ускоренное рассеивание воздушно-капельных дисперсий природного и техногенного происхождения.
2.2 Характеристика разрабатываемой продукции
Определение конкурентного окружения приходится рассматривать с двух точек зрения: оценки конкурентов, производящих оборудование аналогичного принципа действия и оценки возможностей и эффективности применения других методов разрушения туманов и производителей оборудования, основанного на использовании этих методов.Если исходить из отсутствия в настоящее время более эффективного оборудования, методов и средств искусственного разрушения туманов следует рассматривать в качестве конкурентного окружения только производителей электрофизического оборудования, основанного на использовании ультразвуковых колебаний высокой интенсивности.
В нашей стране практически отсутствуют разработчики и изготовители специализированной ультразвуковой аппаратуры, направленной на решение рассматриваемой технологической задачи, а имеющиеся предприятия способны производить малые партии ультразвукового оборудования (не более 10…50 единиц в год), среди них существует очень узкая специализация. Проведенный анализ рынка подтверждает, что ожидать появления конкурентов на рынке производства подобного оборудования, в ближайшие годы не следует.
Учитывая, что цены на аналогичные аппараты импортного производства и подобного назначения колеблются в пределах 20…30 тысяч долларов, количество фирм, занимающихся созданием подобного оборудования ограничено единицами ожидать конкурентного проникновения на рынок Российской Федерации не следует. Следует стремиться к выходу на зарубежные рынки и принципиальная возможность этого существует, что может существенно расширить объем рынка.
2.3 Форма коммерциализации результатов проекта
Объектом коммерциализации будет являться оборудование для электрофизического воздействия на природные и техногенные воздушно-капельные дисперсии, обеспечивающие ускоренный распад туманов.
3. Области и масштабы использования полученных результатов
Основной областью применения полученных результатов следует считать:
– применение для обеспечения видимости в условиях туманов на взлетно-посадочных полосах в аэропортах;
– применение в целях обеспечения безопасности движения наземных транспортных средств на наиболее опасных участках автомагистралей (на многоярусных развязках, вблизи пунктов оплаты проезда);
– для коммунальных служб крупных муниципальных образований.
Перспективным направлением применения полученных результатов может стать НИР, направленная на исследования возможности разрушения аэрозолей, образовавшихся в результате террористических актов, связанных с распылением ядовитых веществ в местах массового скопления людей.
Это стало возможным, благодаря широким функциональным возможностям созданных экспериментальных образцов электрофизического оборудования, обеспечивающим возможность его использования также и для разрушения воздушных дисперсий с твердой дисперсной фазой.
Для оценки потенциальной емкости рынка за основу были взяты области возможного применения оборудования, рассмотренные в первом подразделе настоящего отчета. По оценке исследователей, не менее 100 относительно крупных аэропортов страны могут быть заинтересованы в приобретении предлагаемого оборудования.
Учитывая, что для каждого из них средняя потребность в аппаратах для оснащения одной из взлетно-посадочных полос (из- за разницы в ее длине) составляет от 20 до 50 единиц, общую емкость рынка для данного сегмента (при оснащении не менее двух полос) оценивается в размере 4000….10000 штук.
Оснащение наиболее опасных участков автомагистралей (с целью обеспечения безопасности движения в сложных метеоусловиях) потребует около 3000 комплектов оборудования.
В стране более 70 морских и речных портов. Оснащение их оборудованием для разрушения туманов позволит обеспечить непрерывность их деятельности, снизить экономические потери, связанные с туманами. Потребность в оборудовании для оснащения портов , а также рыболовецких и грузовых судов, составляет более 5000 единиц.
Таким образом, общая емкость рынка превышает 15000 единиц оборудования только в нашей стране.
Даже если предположить, что направление использования будет ограничено только аэропортами, то минимальная потребность в оборудовании в размере 4000 аппаратов, может быть покрыта при предполагаемом ежегодном объеме выпуска оборудования в объеме 400 единиц в год за 10 лет.
4. Ход выполнения проекта
Выполнение работ было направлено на создание систем искусственного разрушения воздушно-капельных дисперсий, в частности туманов для улучшения метеорологических условий по дальности видимости. На основе проведенного анализа существующих методов энергетического воздействия на воздушно-капельные дисперсии было установлено, что одним из наиболее эффективных является метод электрофизического воздействия ультразвуковыми колебаниями высокой интенсивности.Для отработки технологии воздействия и получения экспериментальных данных, необходимых для определения оптимальных режимов электрофизического воздействия был разработан лабораторный стенд, позволяющий визуально наблюдать за исследуемым процессом и осуществлять регистрацию изменения плотности воздушно-капельной дисперсии в процессе разрушения имитации природного радиационного тумана (размер частиц 5-20 мкм).
Проведенные, с использованием разработанного стенда, предварительные эксперименты показали высокую эффективность предложенного способа разрушения туманов (ускорение процесса разрушения тумана не менее чем в 10 раз). Полученные теоретические и экспериментальные результаты позволили предложить и разработать четыре экспериментальных образца электрофизического оборудования различной мощности (от 200 до 600 Вт), имеющих различную площадь излучателя (диаметром 250, 320, 360 и 420 мм) и включающие системы автоматической подстройки частоты, стабилизации амплитуды и управления процессом.
Полученные в результате испытаний экспериментальных образцов результаты позволили установить, что созданная установка электрофизического воздействия способна обеспечить сокращение времени распада воздушно-капельной дисперсии до 11,5 раз. При этом энергопотребление установки составляет не более 2,4 Вт/м3 обрабатываемой воздушно-капельной дисперсии.
Для обеспечения правовой охраны предлагаемых научно-технических решений и созданных результатов интеллектуальной деятельности поданы заявки на патенты РФ «Устройство электрофизического воздействия на аэрозоли» №2009138775 и «Способ электрофизического воздействия на воздушно-капельные дисперсии» №2009130948.
