葉脈網(wǎng)式凝霧集水裝置

文湖南省汨羅市第一中學(xué) 劉志遠(yuǎn) 趙家奧 韓志紅

一、霧的特性

在日夜溫差大、濕度高、空氣較穩(wěn)定等自然條件下，空氣中飽和的水汽以懸浮在空氣中的塵埃作為凝結(jié)核凝結(jié)成小水滴，小水滴集合得越多，霧的濃度就越大。

霧能夠凝結(jié)并成為較大水滴，首先是由霧的內(nèi)在特性決定的，它原本就是懸浮在近地面空氣中的細(xì)小水滴的集合。霧在凝結(jié)碰并過程中需要有作為凝結(jié)核和可釋放內(nèi)能的附著物等外在條件，這對設(shè)計(jì)捕霧取水裝置具有重要的理論指導(dǎo)意義。

二、葉脈網(wǎng)研究

根據(jù)葉脈的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的凝霧集水網(wǎng)就是凝霧集水葉脈網(wǎng)，簡稱葉脈網(wǎng)。我們先后制作了真葉脈網(wǎng)和仿葉脈網(wǎng)。

真葉脈網(wǎng)是指由真實(shí)的樹葉葉脈制作的原生態(tài)網(wǎng)。先制取香樟葉的葉脈標(biāo)本若干張，經(jīng)干燥后，用502膠拼接成大塊矩形，并將其固定在塑料框架上，形成一張真葉脈網(wǎng)。制作真葉脈網(wǎng)是為了進(jìn)行探索葉脈網(wǎng)凝霧集水機(jī)理實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)，真葉脈網(wǎng)易損壞、腐爛，缺乏實(shí)用價(jià)值。

我們又改用一種工業(yè)生產(chǎn)的膨松狀化纖紗布，它的外觀結(jié)構(gòu)與網(wǎng)狀脈的細(xì)脈和游離脈梢極為相似，透氣性好且不易吸水。于是，我們利用它來制作仿葉脈網(wǎng)。

三、葉脈網(wǎng)式凝霧集水裝置

葉脈網(wǎng)式凝霧集水裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。該裝置主要由仿葉脈網(wǎng)、轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、集水器和底座等組成。

圖1 葉脈網(wǎng)式凝霧集水裝置

仿葉脈網(wǎng)部件由三片形狀完全相同的仿葉脈網(wǎng)與內(nèi)凹形等腰三角支架組成。仿主脈和側(cè)脈的導(dǎo)流層金屬絲采用扁形絲，以利于霧水的附著和導(dǎo)流。金屬絲網(wǎng)孔的密度以不超過20目為宜，即與細(xì)脈的密度相似。

圖2 三葉星形葉脈網(wǎng)凝霧機(jī)理示意圖

轉(zhuǎn)動(dòng)裝置由電機(jī)和傳動(dòng)齒輪組成，其作用是使三葉星形葉脈網(wǎng)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，增加霧與網(wǎng)面的碰凝機(jī)會，提高凝霧集水的效率。

集水器由集水斜槽、導(dǎo)流管、貯水容器組成，用來收集并流下來的霧水。如要用作飲用水，集水器可另行裝備水質(zhì)凈化處理器。底座支承全部部件，必要時(shí)，其內(nèi)腔也可作為儲水空間。

裝置制作完成后，我們用加濕器向裝置提供模擬霧，在相同的時(shí)間內(nèi)，用量筒、量杯、注射器計(jì)量水量。實(shí)驗(yàn)記錄見表1。

圖3 葉脈網(wǎng)式凝霧集水裝置

實(shí)驗(yàn)過程中，模擬霧滴在網(wǎng)上附著、碰并、積聚，然后在重力作用下沿網(wǎng)脈順流而下。由于霧的特性，任何結(jié)構(gòu)的網(wǎng)在與霧接觸時(shí)都具有凝霧集水的功能，但凝霧集水性能與網(wǎng)絲的材料、結(jié)構(gòu)以及霧網(wǎng)相對運(yùn)動(dòng)等因素有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明，葉脈網(wǎng)比經(jīng)緯網(wǎng)的凝霧集水效果好。

可旋轉(zhuǎn)的三星葉脈網(wǎng)可增加霧與網(wǎng)接觸的機(jī)會，促進(jìn)霧滴在網(wǎng)上的碰撞，強(qiáng)化霧滴附著、碰并、積聚效果。凹形葉脈網(wǎng)組合結(jié)構(gòu)具有實(shí)現(xiàn)二次凝霧、防止霧氣飄散、在體積一定時(shí)擴(kuò)大接觸面等優(yōu)點(diǎn)。

表1 葉脈網(wǎng)式凝霧集水裝置實(shí)驗(yàn)記錄