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聲波消霧

1、聲波消霧項(xiàng)目介紹1.1 聲波消霧的項(xiàng)目背景霧是低層大氣的一種水氣凝結(jié)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(xué)上，能見(jiàn)度是指正常視力的人在當(dāng)時(shí)的天氣條件下，從天空背景中能看到和辨認(rèn)清楚目標(biāo)物的最大水平距離。按照能見(jiàn)度，霧可以分為：濃霧和輕霧。濃霧水平能見(jiàn)度小于1千米；輕霧水平能見(jiàn)度大于1千米，小于1萬(wàn)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(dāng)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(jī)場(chǎng)、高速公路的霧多為輻射霧。我國(guó)大部份地區(qū)每年都有5到50天的霧天,霧災(zāi)已被列為對(duì)人類影響較大的十大自然災(zāi)害之一，航班不能按時(shí)起飛和降落，很多是由于大霧造成的，這對(duì)旅客來(lái)說(shuō)是很不方便的，航空公司和機(jī)場(chǎng)也都要蒙受重大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至由于霧的影響導(dǎo)致飛機(jī)失事，造成更嚴(yán)重的后果。所以機(jī)場(chǎng)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(dòng)空氣混合、在霧區(qū)加熱等）使霧消散。大霧降低能見(jiàn)度、影響飛機(jī)起降、容易引發(fā)嚴(yán)重的交通事故，為此目前學(xué)術(shù)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(shí)驗(yàn)方法：(1) 、加熱法：對(duì)小范圍區(qū)域霧區(qū)如機(jī)場(chǎng)跑道等，大量燃燒汽油等燃料，用發(fā)動(dòng)機(jī)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(jié)核，水氣在凝結(jié)核上凝結(jié)長(zhǎng)成大水滴，霧滴在大水滴上凝結(jié)，使霧消失。(3) 、人工攪拌混合法：用直升飛機(jī)在霧區(qū)頂部攪拌空氣，把霧頂以上干燥空氣驅(qū)下來(lái)與霧中空氣混合，使霧消失。人工消除冷霧的方法是用飛機(jī)或地面設(shè)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(qiáng)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(duì)比較明顯，已能實(shí)際應(yīng)用。自1988年莫斯科Sheremetyevo機(jī)場(chǎng)、哈薩克斯坦的Alma-Ata機(jī)場(chǎng)首先建立噴淋液氮的機(jī)場(chǎng)除霧裝置以后，1992年，意大利等更多的歐美國(guó)家也開(kāi)始使用液氮除霧。目前德國(guó)研究人員將零下80°C的干冰微粒高速噴向霧中，使霧凝結(jié)成小水滴，將霧消除。目前世界上只有少數(shù)機(jī)場(chǎng)用噴丙烷的方法除冷霧，如美國(guó)華盛頓機(jī)場(chǎng)用21個(gè)丙烷的噴頭每小時(shí)噴射210加侖丙烷。法國(guó)奧雷機(jī)場(chǎng)跑道兩側(cè)有60個(gè)丙烷噴頭，每小時(shí)噴射600加侖丙烷。國(guó)內(nèi)機(jī)場(chǎng)上的霧80%以上為暖霧，對(duì)于暖霧用加熱的辦法需要的熱量為14萬(wàn)達(dá)卡/秒，換算成飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)則需要20?30臺(tái)，成本是非常高的。因此全世界只有少數(shù)幾個(gè)機(jī)場(chǎng)再使用除霧技術(shù)。但是從世界范圍來(lái)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(shí)用。加熱法雖然有一定的效果，但是能源消耗極大、費(fèi)用極高，已經(jīng)被證明沒(méi)有實(shí)用性；而吸溫法加入的添加劑一般都有腐蝕性，對(duì)機(jī)場(chǎng)設(shè)備、飛機(jī)、車輛等都有比較嚴(yán)重的損害。1998年，席葆樹(shù)教授受中國(guó)民航總局委托開(kāi)展用強(qiáng)聲波消霧的研究，建立了大型行波管消霧實(shí)驗(yàn)臺(tái)和采用2萬(wàn)聲瓦的強(qiáng)聲源在江西廬山進(jìn)行了野外除霧實(shí)驗(yàn)，在經(jīng)過(guò)10分鐘的作用以后，能見(jiàn)度由原來(lái)的50米提高到了 400米，效果非常的顯著。2、聲波消霧技術(shù)原理：席葆樹(shù)教授通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，向霧中輻射一束低頻強(qiáng)聲波，使懸浮在大氣中的微小水滴震動(dòng)而相互碰撞，凝聚成大的水滴而沉降，而且由于霧滴震動(dòng)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(jiàn)度提高，證明利用低頻強(qiáng)聲波能有效地消除大氣中的霧霾。（對(duì)暖霧、冷霧都有很好的消除效果)。通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行聲波消霧的實(shí)驗(yàn)以及初步研制大型聲波消霧裝置在廬山頂上進(jìn)行的實(shí)地消霧試驗(yàn)，都有力地證明聲波消霧技術(shù)的可行性；而且聲波消霧無(wú)污染，花費(fèi)低，使用方便。 2萬(wàn)瓦聲波消霧裝置本裝置運(yùn)用聲波消霧原理，以壓縮空氣為動(dòng)力的新型氣流揚(yáng)聲器，類似人類發(fā)聲的原理，將氣流調(diào)制成強(qiáng)聲波的裝置，是目前世界上最先進(jìn)，最強(qiáng)大的聲源，用這種強(qiáng)聲源配上一個(gè)專門(mén)設(shè)計(jì)的反射式輻射器，安裝在一輛大卡車上，能方便地在機(jī)場(chǎng)上移動(dòng)，消除跑道上空的濃霧，為民航飛行安全開(kāi)辟了一個(gè)全新的除霧方法。也可以進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)后用于消除高速公路的濃霧。3、聲波消霧設(shè)備核心技術(shù)及相關(guān)專利3.1 聲波消霧設(shè)備核心技術(shù)清華大學(xué)席葆樹(shù)教授發(fā)明的運(yùn)用仿生學(xué)原理、流體力學(xué)原理，以壓縮空氣為動(dòng)力的新型低頻氣流揚(yáng)聲器，模擬人類發(fā)聲原理，將氣流調(diào)制成低頻強(qiáng)聲波，輻射出去，通過(guò)使漂浮在空氣中的水滴相互振動(dòng)凝聚而墜落，達(dá)到消除霧霾的作用。3.2 聲波消霧設(shè)備相關(guān)專利專利名稱：一種低頻聲波消霧裝置專利號(hào)：ZL201020671329.8 專利類型：實(shí)用新型3.3 聲波消霧設(shè)備國(guó)內(nèi)外競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手分析目前此技術(shù)和裝置處于世界領(lǐng)先水平，世界其他國(guó)家都還沒(méi)有，美國(guó)賓州大學(xué)進(jìn)行過(guò)類似試驗(yàn)研究，但由于關(guān)鍵技術(shù)一大功率氣流聲源技術(shù)沒(méi)有突破，因此沒(méi)有獲得成功。消霧裝置已完成樣機(jī)試制，并在廬山等地進(jìn)行了實(shí)地試驗(yàn)，1998年曾參加珠海國(guó)際航展，受到國(guó)內(nèi)外航空界的關(guān)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(xiǎn)災(zāi)害性天氣，大霧將使飛機(jī)無(wú)法正常起落，導(dǎo)致機(jī)場(chǎng)關(guān)閉、航班延誤、旅客滯留、破壞正常經(jīng)濟(jì)交流活動(dòng)。以“霧都”重慶為例，20世紀(jì)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(jì)損失都在3000萬(wàn)元以上。首都機(jī)場(chǎng)每天1600架次起降，關(guān)閉半天就會(huì)造成航班延誤或取消，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)問(wèn)題。大霧也使高速公路關(guān)閉，導(dǎo)致惡性交通事故發(fā)生。1997年12月17日京津塘高速公路進(jìn)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(guó)由于濃霧引起的車輛碰撞，每年損失超過(guò)3億美元。國(guó)內(nèi)內(nèi)河航運(yùn)也在不斷發(fā)展過(guò)程中，國(guó)家建立的長(zhǎng)三角經(jīng)濟(jì)帶、華中（武漢、重慶為主）經(jīng)濟(jì)圈都依托長(zhǎng)江內(nèi)河運(yùn)輸，交通的發(fā)展來(lái)帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，大霧對(duì)內(nèi)河船舶的航行安全造成了很大的影響，每年因?yàn)榇箪F，三峽航道有盡百天的封航，對(duì)周邊經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)了不利的影響。我們的聲波消霧技術(shù)和產(chǎn)品的應(yīng)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(jī)預(yù)測(cè)按照聲波消霧產(chǎn)品生產(chǎn)銷售計(jì)劃，配置產(chǎn)品生產(chǎn)廠房、加工設(shè)備、生產(chǎn)人員及相關(guān)管理團(tuán)隊(duì)。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(guó)內(nèi)售價(jià)200萬(wàn)元/臺(tái)、國(guó)際售價(jià)80萬(wàn)美元/臺(tái)，按平均每年銷售200臺(tái)計(jì)算，可創(chuàng)造4億元的銷售額，利潤(rùn)率按30%計(jì)算，可產(chǎn)生1.2億的利潤(rùn)。

清華大學(xué) 2021-04-13

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