РД 52.11.640-2002 Методические указания. Применение метода искусственного рассеяния переохлажденных туманов на автодорогах

     3.1 Физический принцип искусственного воздействия

3.1.1 Успех применения азотного метода зависит главным образом от уровня понимания его физического принципа и сущности, а также заложенных в нем потенциальных возможностей АВ на переохлажденный туман, которые могут эффективно использоваться, в частности, по мере накопления опыта применения метода в конкретном и, как правило, сложном комплексе физико-географических, погодно-климатических, дорожно-транспортных, экологических, социально-экономических условий [1-3].

3.1.2 С физической точки зрения переохлажденный жидкокапельный туман является коллоидной системой (аэрозолем), одновременно находящейся в двух фазах - дисперсной (жидкокапельной) и дисперсионной (парообразной). Жидкокапельная фаза существует в виде множества переохлажденных (при отрицательной температуре до минус 40 °С) капелек очень малых размеров от 10 до 100 мкм и распределена в другой фазе - парообразной, существующей в виде водяного пара (частички размером около 1 мкм) [1, 2].

3.1.3 Между частицами воды двух фаз осуществляется равновесный диффузионный обмен, при котором переход газообразных частичек воды на капельки жидкокапельной фазы уравновешивается обратным переходом капелек жидкокапельной фазы в парообразную фазу. Количественно равновесный переход частичек воды между фазами определяется значением давления насыщения, выше которого большее число газообразных частичек парообразной фазы при заданной отрицательной температуре не может переходить в жидкокапельную фазу пересыщенного тумана, и наоборот.

3.1.4 Основным механизмом преобразования водяного пара переохлажденного тумана в жидкокапельную фазу является конденсация пара, сопровождающаяся выделением скрытой теплоты парообразования.

3.1.5 Другой крайней коллоидной формой существования переохлажденного тумана является ледяной туман, в котором дисперсную фазу составляют кристаллики льда размером от 10 до 100 мкм, а дисперсионную фазу - частички водяного пара воздуха размерами около 1 мкм. В этом случае преобразование частичек водяного пара воздуха непосредственно в ледяную фазу осуществляется по механизму сублимации водяного пара, при котором процесс преобразования сопровождается выделением скрытой теплоты не только парообразования, но и плавления. Поэтому в ледяном тумане для покрытия затрат скрытой энергии в процессе установления обменного равновесия между парообразной и ледяной фазами потребуется участие большего количества парообразных частичек, чем в случае установления аналогичного обменного равновесия между частичками парообразной и жидкокапельной фаз в переохлажденном жидкокапельном тумане.

3.1.6 Количественной мерой установления обменного равновесия между парообразной, жидкокапельной и ледяной фазами воды в переохлажденных туманах является значение давления насыщенного водяного пара (гПа) соответственно над водой и надо льдом . Ниже представлены значения и для жидкокапельных и ледяных туманов при некоторых отрицательных значениях температуры [1]:

3.1.7 При некотором искусственном (виртуальном) смешении жидкокапельного и ледяного туманов установившиеся ранее в каждом из них равновесия обменных процессов между дисперсной и дисперсионной фазами будут, очевидно, нарушены. В итоге давление водяного пара в образовавшемся “смешанном“ тумане окажется ненасыщенным по отношению к его ледяной фазе, оставаясь в то же время несколько пересыщенным по отношению к жидкокапельной фазе. В результате начинается интенсивный процесс “донасыщения“ пара надо льдом, в ходе которого на ледяные кристаллики перекачиваются газообразные частички воды как самого воздуха тумана, так и частички, испаряющиеся с поверхностей жидких капель, и сами ледяные кристаллы будут превращаться в центры кристаллизации газообразной и жидкокапельной влаги переохлажденного тумана.

3.1.8 Указанный процесс сублимации воды на ядрах кристаллизации будет длиться до тех пор, пока ледяные кристаллы, постепенно увеличиваясь и вырастая до размеров твердых осадков (например, в виде снежинок, крупы), не осядут на землю. Сублимационный процесс завершается полным преобразованием газообразной и жидкокапельной фаз воды переохлажденного тумана в ее кристаллическую фазу и осаждением последней на землю в виде снега или снежной крупы.

3.1.9 Таким образом, физический принцип искусственного воздействия на туман состоит в учете и целенаправленном использовании существенных различий в механизмах реализации фазовых переходов пар-вода и пар-лед, объективно присущих переохлажденным туманам как многофазным коллоидным системам.