新建1200L云室降温速率及温度分布的测量

苏杭，徐超，蒋彤

摘要：通过对本省新建的1200L云室的降温速率和云室内部温度分布等指标的测量，从而对云室测温系统进行鉴定。1200L等温云室采用双压缩机制冷、夹层冷媒和电加热器温控技术，提高了云室对温度控制的稳定性。在室温9.0℃时，制冷效率为0.234℃/min。云室保温性能好，云室内垂直和水平方向温度几乎没有温差，提高各温度冰核检测的稳定性，并且同温度对比实验可多次进行，能加快实验进度。在某一所需检测温度重复实验数据进行对比，使检测数据可靠，重复性好。

关键词：1200L云室；降温速率；温度分布

中图分类号： P401 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2018.20.085

目前，水资源短缺已严重影响着我国部分地区经济和社会特别是农业的持续健康发展。科学家们希望通过人工影响天气增加降水来缓解水资源短缺的情况。为寻找有良好催化效果的催化剂，首先需要经过大量室内试验，确定其成核效果后，才能用于外场试验。

云室是室内检测人工影响天气催化剂催化效果的主要工具，是研究和模拟在不同成云条件下，降水粒子和云雾的生成、增长、转化过程、检测云凝结核、冰核的浓度、试验人工催化冰核和吸湿性核的性质等。通过室内的云室实验能确定人工影响天气过程中所采用催化剂的性能及有效性。在實验之前检测云室的降温速率及温度分布，是保证云室实验准确性和实验效率的保证。

1 新建1200L云室的自然条件

云室主体总高为2.75m，外径1.19m，内高1.8m，内径0.9m，总容积为1200L的圆柱形状。

云室采用双层夹套结构，外部有保温层，周边有冷媒循环的夹套。云室主要由云室主体、控制系统、保温绝热层、制冷系统、加热系统、酒精循环系统、冰晶接取装置、测温仪、超声雾化器和冷台等组成。制冷系统由两套制冷剂组构成，根据需要可同时开启或开启其中的任意一台，如降温时可开启两台，当达到设定温度时可关掉一台。这样降温速度快，在恒温阶段电能消耗减少，达到节能的目的。控制系统采用高精度智能温度控制仪，PID智能控制，控温精度高。通过循环泵将恒定温度的冷媒送入云室，继而恒定云室主体内温度。

2 新建1200L云室降温速率及温度分布的测量

2.1 测温系统

为了准确确定冰核活化温度，共使用4套测温仪，4个感应元件分别对应四套主电路，感应元件为由激光技术制作的超小型铂膜Pt100，反应时间小于0.1秒，灵敏度±0.2℃。在-25℃～25℃范围内，4套测温仪间的误差约为±0.3℃。

测量时，在云室测温系统布设了四个点。温度探头分别安装在云室内中部、冰晶接取装置、雾流入口和冷媒中。在测温系统安装后，对云室的温度性能进行了检测。

2.2 云室降温速率的检测

在室内温度9.1℃的情况下，将冷媒温度调至-25℃，把云室进行封闭，在不通雾的状态下对云室中心温度进行测量，每2min对测点进行读数，这样通过时间使温度的变化得到云室的降温速率。如图1所示。

通过图1可以看出，在室温9.1℃的情况下，2小时20分钟即可制冷到-22℃，降温速率为0.234℃/min。

2.3云室温度分布的检测

2.3.1云室水平方向温度分布测量 云室水平温度测量方法：在云室封闭且不通雾的状态下，将冷媒冷至-25℃停机，在距云室底部90cm高度处进行云室内水平温度测量，将感温元件从云室内筒边壁开始，每水平移动10cm为一个测点，每点停留2min读数，得到的水平温度分布如图2所示。

由图2可知，云室的水平方向温度变化主要在云室壁附近，由于靠近云室壁冷媒层，故温度相对较低，但温差不大，仅有0.2℃。距边壁10～70cm距离范围内，温度没有变化。故该云室水平方向温度稳定。2.3.2 云室垂直方向温度分布测量 云室垂直温度测量方法：在云室封闭且不通雾的状态下，将冷媒冷至-25℃停机，在云室中部，距云室底10cm开始，每垂直上升10cm为一个测点，每一个测点停留2min后读数，其结果见图3。

由图3可知，云室的垂直方向温度变化主要在云室底部和顶部，由于云室上下两端没有冷媒层，且云室壁较薄，故温度相对较高，但仅有0.3℃温差。自距云室底20～140cm距离范围内，温度没有变化，故该云室垂直方向温度稳定。

3 结语

该云室在室温9.1℃的情况下，2小时20min即可制冷到-22℃，降温速率为0.234℃/min。

云室内垂直和水平方向温度几乎没有温差，提高各温度冰核检测的稳定性，并且同温度对比实验可多次进行，能加快实验进度。

在某一所需检测温度重复实验数据进行对比，使检测数据可靠，重复性好。

参考文献

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[3]石安英，等.三七炮弹聚能分散碘化银成冰核效率的试验研究[J].大气科学，1982.6（03）：315-323.

作者简介：苏杭，本科学历，工程师，研究方向：大气物理与大气科学。