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行业专项成果综述-人工影响天气催化剂自动化定量检测技术研究

发布者:张岳   来源:   发布时间:2021/5/27 17:26:42   标签:   浏览次数:3626

项目编号GYHY201306041

研究周期2013年1月-2015年12月

国拨经费279万元

项目负责人】苏正军

项目骨干成员】关立友、楼小凤、方春刚、党娟、王江、樊东、孙鹏、陶刚、张国娟、姜勇、李少波、罗雄、罗鼎富、李建兵、张国纬、程永利、张邢、孔君

项目承担单位】中国气象科学研究院

项目协作单位】中国兵器工业第209研究所、山西北方晋东化工有限公司

主要研究成果

制约我国催化剂自动定量检测的关键技术是缺乏独立自主的冰雪晶自动识别读数系统,而直接从国外引进也有一定难度。2009年,中国气象科学研究院与中国兵器科学研究院联合研制出激光云粒子探测仪器样机,取得初步成果,为实现催化剂检测的自动定量技术奠定了装备基础。项目针对我国人影催化剂检测中自动定量难题,研发出可提供人工冰晶和焰剂气溶胶的数浓度、分布谱和图像的监测仪器及其配套软件,结合云室等装备建成人影催化剂自动检测系统。

项目完成研究成果包括研发的冰晶自动取样器、1立方米等温检测云室等多项仪器设备,编制催化剂检测相关行业技术标准规范,研发新型催化剂等,其中最主要的是研制冰晶监测仪器1套和研制高性能催化剂自动化检测云室1台套。

n研制冰晶监测仪器1

能够用于云室中自动监测催化剂人工冰核气溶胶核化增长成为冰晶,并获得冰晶的图像和数量的仪器,在我国目前仍然是空白的。国外降水粒子成像仪器的最小分辨是25μm,我们要有所突破并优于这一指标难度还是很大的,参加单位中国兵器集团第209研究所是我国激光探测领域实力最强的研究单位。课题中冰晶自动监测仪器及应用软件的研制,是本项目的核心内容、亦是重中之重,直接关系着整个项目的顺利进展。项目启动伊始就多次组织专家讨论研讨技术路线和实施方案,详见后附图1

人工冰晶自动监测仪研制内容涉及到光、机、电等多个层次及研究领域,其主要研究内容包括:冰晶图像探测仪总体技术研究;均匀光束发射技术研究;多路探测接收技术研究;光学系统设计研究;实时信号处理研究;数据传输算法研究。冰晶自动监测仪的关键技术包括:冰晶图像探测仪总体技术、光束匀化探测技术、图像处理技术和数据压缩传输技术。

完成原理实验、原理实验样机、系统的搭建、仿真试验和测试、云室实验测试和试运行。开展了常温、零度、负温3种温度条件下对液态雾滴的实际观测实验,结果发现:雾滴形态、数目清晰可见,冰晶成像清楚可与雾滴分辨,但会出现拖尾余晖现象。接下来,研发小组认真分析问题原因,通过完善和改进激光光源强度和成像仪曝光时间,多次实验后获得的冰晶成像清晰,结构可辨。最后,又开展了-8-13-18-25-35℃温度条件下催化剂核化成冰的冰晶成像实际实验测试,效果较理想。

该“冰晶检测装备”申报国家发明技术专利,申请号:202011590047.X,已受理并通过初审,进入实质性审查阶段。

n研制人工影响天气催化剂成核率自动化检测云室1台(详见附图2),其主要技术指标包括:

1)云室内容积为1.3立方米。

2)云室内部温度控制范围30~-40℃。

3)保温层厚度12~15cm

4)云室内壁采用不锈钢材料,厚度3.5mm

5)云室内温度均匀度≤±0.3℃。

6)配置雾预冷装置。

7)云室系统连接软管采用耐-50℃低温材料。

8)冷媒防泄漏措施、储液槽加法兰、配硅胶密封圈。

9)液位显示采用未电式浮子类型装置。

2020112日,组织召开检测云室专家验收会,中国气象局、国家气象计量站、北京应用气象研究所、气科院等单位专家通过现场察看云室实物,听取建设汇报和测试小组的测试报告,审阅云室建设的相关文本材料,并进行质疑和讨论,形成验收意见如下:

1)该云室是催化剂成核率检测和机理研究的重要实验装备,是催化剂自动化定量检测技术的重要组成部分,中国气象科学研究院建设的自动化检测云室的各项性能指标达到项目确定的目标。

2)该云室采用二级制冷,温度可低于-40℃,拓宽了催化剂的检测温度范围;云室采用了45度斜角开孔,更适合冰晶仪的观测;增加雾的预冷却设计,有效地减小了实验误差;云室温度均匀度优于0.2℃。

验收组一致认为:该云室性能达到项目确定的指标,验收资料齐全,通过验收。

该云室系统申报了国家新型实用技术专利,申请号:202023100721.X,已被受理。

n其他成果:发表研究论文7篇;发明专利11项;行业标准3项(1项发布,1项预研究项目,1项在编制中);培养研究员1人(楼小凤),正研级高级工程师2人(苏正军、李建兵),高级工程师7人(党娟、方春刚、姜勇、李少波、张国娟等);培养硕士研究生2人(张邢、孔君)。 

成果应用情况

人工影响天气催化剂自动化定量检测技术研究》项目的成果应用情况,项目研发的关键仪器装备冰晶自动取样器和1立方米等温检测云室等多项仪器设备已申报发明技术专利,并在吉林省人影办、内蒙古自治区气科所和河北省人影办等3家省级业务科研单位推广和应用。项目研发的催化剂配方等成果在山西北方晋东化工有限公司和国营556工厂等催化剂生产单位生产并在国内人影外场作业与试验中应用并取得较好效果。具体应用情况详见下表。项目执行期间完成气象行业标准《碘化银类人工影响天气催化剂静态检测规范》(编号QX/T 360-2016),20161212日发布,201751日实施;完成行业标准“催化剂动态检测规范”预研究项目;与吉林省人影办联合申请的行业标准《爆炸型人工影响天气催化剂检测取样规范》(编号QX/T-2020-08)获得中国气象局法规司2019年立项,已完成审查稿。

  项目研制的等温云室、冰晶自动取样装置、催化剂燃烧室、能见度、温度湿度一体化监测仪等仪器装备的推广和应用,有效提升省级兄弟单位的实验研究能力和实验室研究团队的建设。新型催化剂配方的推广使用,有效提升催化剂的催化成冰效率。《碘化银类人工影响天气催化剂静态检测规范》完成的行业标准的发布和宣贯,已经在燃烧类和爆炸型催化剂成核率检测业务中应用(中国气象局人工影响天气中心、吉林省人工影响天气办公室),有效规范和提升了我国人影催化剂成核率检测业务工作水平。


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