葉脈網(wǎng)式凝霧集水裝置

文湖南省汨羅市第一中學 劉志遠 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核凝結成小水滴，小水滴集合得越多，霧的濃度就越大。

霧能夠凝結并成為較大水滴，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小水滴的集合。霧在凝結碰并過程中需要有作為凝結核和可釋放內(nèi)能的附著物等外在條件，這對設計捕霧取水裝置具有重要的理論指導意義。

二、葉脈網(wǎng)研究

根據(jù)葉脈的結構設計的凝霧集水網(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)是指由真實的樹葉葉脈制作的原生態(tài)網(wǎng)。先制取香樟葉的葉脈標本若干張，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)是為了進行探索葉脈網(wǎng)凝霧集水機理實驗。在實驗中我們發(fā)現(xiàn)，真葉脈網(wǎng)易損壞、腐爛，缺乏實用價值。

我們又改用一種工業(yè)生產(chǎn)的膨松狀化纖紗布，它的外觀結構與網(wǎng)狀脈的細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)式凝霧集水裝置結構如圖1所示。該裝置主要由仿葉脈網(wǎng)、轉動裝置、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。仿主脈和側脈的導流層金屬絲采用扁形絲，以利于霧水的附著和導流。金屬絲網(wǎng)孔的密度以不超過20目為宜，即與細脈的密度相似。

圖2 三葉星形葉脈網(wǎng)凝霧機理示意圖

轉動裝置由電機和傳動齒輪組成，其作用是使三葉星形葉脈網(wǎng)勻速轉動，增加霧與網(wǎng)面的碰凝機會，提高凝霧集水的效率。

集水器由集水斜槽、導流管、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凈化處理器。底座支承全部部件，必要時，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，在相同的時間內(nèi)，用量筒、量杯、注射器計量水量。實驗記錄見表1。

圖3 葉脈網(wǎng)式凝霧集水裝置

實驗過程中，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，任何結構的網(wǎng)在與霧接觸時都具有凝霧集水的功能，但凝霧集水性能與網(wǎng)絲的材料、結構以及霧網(wǎng)相對運動等因素有關。實驗表明，葉脈網(wǎng)比經(jīng)緯網(wǎng)的凝霧集水效果好。

可旋轉的三星葉脈網(wǎng)可增加霧與網(wǎng)接觸的機會，促進霧滴在網(wǎng)上的碰撞，強化霧滴附著、碰并、積聚效果。凹形葉脈網(wǎng)組合結構具有實現(xiàn)二次凝霧、防止霧氣飄散、在體積一定時擴大接觸面等優(yōu)點。

表1 葉脈網(wǎng)式凝霧集水裝置實驗記錄