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聲波消霧

1、聲波消霧項目介紹1.1 聲波消霧的項目背景霧是低層大氣的一種水氣凝結現(xiàn)象，是由懸浮于近地面空氣中緩慢沉降的水滴和冰晶組成的兩相系統(tǒng)。在氣象學上，能見度是指正常視力的人在當時的天氣條件下，從天空背景中能看到和辨認清楚目標物的最大水平距離。按照能見度，霧可以分為：濃霧和輕霧。濃霧水平能見度小于1千米；輕霧水平能見度大于1千米，小于1萬米。霧滴的大小和濃度（單位體集中的粒子數(shù)）變化范圍相當大，一般霧滴的直徑從小于1微米到幾十微米。平均約為8微米，每立方米大氣中液態(tài)水含量約為0.15? 1.8 克。一般霧分為輻射霧和平流霧，內(nèi)陸、機場、高速公路的霧多為輻射霧。我國大部份地區(qū)每年都有5到50天的霧天,霧災已被列為對人類影響較大的十大自然災害之一，航班不能按時起飛和降落，很多是由于大霧造成的，這對旅客來說是很不方便的，航空公司和機場也都要蒙受重大的經(jīng)濟損失，甚至由于霧的影響導致飛機失事，造成更嚴重的后果。所以機場人工消霧非常重要。1.2 目前人工消霧的方法人工除霧就是指用人工手段（如：播撒催化劑、人工攪動空氣混合、在霧區(qū)加熱等）使霧消散。大霧降低能見度、影響飛機起降、容易引發(fā)嚴重的交通事故，為此目前學術界和工程界都在積極尋求人工除霧的有效方法。人工除霧分為人工除暖霧（霧區(qū)溫度高于0°C)和人工除冷霧（霧區(qū)氣溫低于0°C)。目前有三種除暖霧實驗方法：(1) 、加熱法：對小范圍區(qū)域霧區(qū)如機場跑道等，大量燃燒汽油等燃料，用發(fā)動機噴火加熱空氣使霧滴蒸發(fā)而消失。(2) 、吸濕法：播撒鹽、尿素等吸濕質(zhì)粒作催化劑，產(chǎn)生大量凝結核，水氣在凝結核上凝結長成大水滴，霧滴在大水滴上凝結，使霧消失。(3) 、人工攪拌混合法：用直升飛機在霧區(qū)頂部攪拌空氣，把霧頂以上干燥空氣驅(qū)下來與霧中空氣混合，使霧消失。人工消除冷霧的方法是用飛機或地面設備，將碘化銀、干冰（固態(tài)二氧化碳）液化丙烷、液氮等催化劑播撒到霧中，強烈降溫促使冷霧中出現(xiàn)大量冰晶，霧滴聚集變大而沉降使霧消散。一般而言，人工除冷霧比人工除暖霧要成功的多。人工除冷霧的效果相對比較明顯，已能實際應用。自1988年莫斯科Sheremetyevo機場、哈薩克斯坦的Alma-Ata機場首先建立噴淋液氮的機場除霧裝置以后，1992年，意大利等更多的歐美國家也開始使用液氮除霧。目前德國研究人員將零下80°C的干冰微粒高速噴向霧中，使霧凝結成小水滴，將霧消除。目前世界上只有少數(shù)機場用噴丙烷的方法除冷霧，如美國華盛頓機場用21個丙烷的噴頭每小時噴射210加侖丙烷。法國奧雷機場跑道兩側有60個丙烷噴頭，每小時噴射600加侖丙烷。國內(nèi)機場上的霧80%以上為暖霧，對于暖霧用加熱的辦法需要的熱量為14萬達卡/秒，換算成飛機發(fā)動機則需要20?30臺，成本是非常高的。因此全世界只有少數(shù)幾個機場再使用除霧技術。但是從世界范圍來看，暖霧的發(fā)生比冷霧普遍。前面所提及的三種方法均不實用。加熱法雖然有一定的效果，但是能源消耗極大、費用極高，已經(jīng)被證明沒有實用性；而吸溫法加入的添加劑一般都有腐蝕性，對機場設備、飛機、車輛等都有比較嚴重的損害。1998年，席葆樹教授受中國民航總局委托開展用強聲波消霧的研究，建立了大型行波管消霧實驗臺和采用2萬聲瓦的強聲源在江西廬山進行了野外除霧實驗，在經(jīng)過10分鐘的作用以后，能見度由原來的50米提高到了 400米，效果非常的顯著。2、聲波消霧技術原理：席葆樹教授通過研究發(fā)現(xiàn)，向霧中輻射一束低頻強聲波，使懸浮在大氣中的微小水滴震動而相互碰撞，凝聚成大的水滴而沉降，而且由于霧滴震動而與空氣相互摩擦，產(chǎn)生熱交換使微小的霧滴蒸發(fā)。由于以上2種物理現(xiàn)象相互作用，促使大氣中的霧能逐漸消失，能見度提高，證明利用低頻強聲波能有效地消除大氣中的霧霾。（對暖霧、冷霧都有很好的消除效果)。通過在實驗室內(nèi)進行聲波消霧的實驗以及初步研制大型聲波消霧裝置在廬山頂上進行的實地消霧試驗，都有力地證明聲波消霧技術的可行性；而且聲波消霧無污染，花費低，使用方便。 2萬瓦聲波消霧裝置本裝置運用聲波消霧原理，以壓縮空氣為動力的新型氣流揚聲器，類似人類發(fā)聲的原理，將氣流調(diào)制成強聲波的裝置，是目前世界上最先進，最強大的聲源，用這種強聲源配上一個專門設計的反射式輻射器，安裝在一輛大卡車上，能方便地在機場上移動，消除跑道上空的濃霧，為民航飛行安全開辟了一個全新的除霧方法。也可以進行改進設計后用于消除高速公路的濃霧。3、聲波消霧設備核心技術及相關專利3.1 聲波消霧設備核心技術清華大學席葆樹教授發(fā)明的運用仿生學原理、流體力學原理，以壓縮空氣為動力的新型低頻氣流揚聲器，模擬人類發(fā)聲原理，將氣流調(diào)制成低頻強聲波，輻射出去，通過使漂浮在空氣中的水滴相互振動凝聚而墜落，達到消除霧霾的作用。3.2 聲波消霧設備相關專利專利名稱：一種低頻聲波消霧裝置專利號：ZL201020671329.8 專利類型：實用新型3.3 聲波消霧設備國內(nèi)外競爭對手分析目前此技術和裝置處于世界領先水平，世界其他國家都還沒有，美國賓州大學進行過類似試驗研究，但由于關鍵技術一大功率氣流聲源技術沒有突破，因此沒有獲得成功。消霧裝置已完成樣機試制，并在廬山等地進行了實地試驗，1998年曾參加珠海國際航展，受到國內(nèi)外航空界的關注。4、聲波消霧產(chǎn)品行業(yè)需求分析濃霧（陸地輻射霧）是影響交通的最危險災害性天氣，大霧將使飛機無法正常起落，導致機場關閉、航班延誤、旅客滯留、破壞正常經(jīng)濟交流活動。以“霧都”重慶為例，20世紀90 年代以前每年因霧造成交通事故、堵車、斷航、停航的經(jīng)濟損失都在3000萬元以上。首都機場每天1600架次起降，關閉半天就會造成航班延誤或取消，造成很大的經(jīng)濟損失和社會問題。大霧也使高速公路關閉，導致惡性交通事故發(fā)生。1997年12月17日京津塘高速公路進京路段因濃霧連續(xù)發(fā)生兩起40輛汽車追尾事故，9人死亡，34人受傷。美國由于濃霧引起的車輛碰撞，每年損失超過3億美元。國內(nèi)內(nèi)河航運也在不斷發(fā)展過程中，國家建立的長三角經(jīng)濟帶、華中（武漢、重慶為主）經(jīng)濟圈都依托長江內(nèi)河運輸，交通的發(fā)展來帶動經(jīng)濟的增長，大霧對內(nèi)河船舶的航行安全造成了很大的影響，每年因為大霧，三峽航道有盡百天的封航，對周邊經(jīng)濟發(fā)展帶來了不利的影響。我們的聲波消霧技術和產(chǎn)品的應用，將為減少因大霧造成的各種危害提供良好的保障。5、業(yè)績預測按照聲波消霧產(chǎn)品生產(chǎn)銷售計劃，配置產(chǎn)品生產(chǎn)廠房、加工設備、生產(chǎn)人員及相關管理團隊。在3至5年內(nèi)形成年產(chǎn)聲波消霧裝置500套的生產(chǎn)規(guī)模。聲波消霧裝置按國內(nèi)售價200萬元/臺、國際售價80萬美元/臺，按平均每年銷售200臺計算，可創(chuàng)造4億元的銷售額，利潤率按30%計算，可產(chǎn)生1.2億的利潤。

清華大學 2021-04-13

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