葉脈網式凝霧集水裝置

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、葉脈網研究

根據葉脈的結構設計的凝霧集水網就是凝霧集水葉脈網，簡稱葉脈網。我們先后制作了真葉脈網和仿葉脈網。

真葉脈網是指由真實的樹葉葉脈制作的原生態網。先制取香樟葉的葉脈標本若干張，經干燥后，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。制作真葉脈網是為了進行探索葉脈網凝霧集水機理實驗。在實驗中我們發現，真葉脈網易損壞、腐爛，缺乏實用價值。

我們又改用一種工業生產的膨松狀化纖紗布，它的外觀結構與網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。

三、葉脈網式凝霧集水裝置

葉脈網式凝霧集水裝置結構如圖1所示。該裝置主要由仿葉脈網、轉動裝置、集水器和底座等組成。

圖1 葉脈網式凝霧集水裝置

仿葉脈網部件由三片形狀完全相同的仿葉脈網與內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勻速轉動，增加霧與網面的碰凝機會，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，用量筒、量杯、注射器計量水量。實驗記錄見表1。

圖3 葉脈網式凝霧集水裝置

實驗過程中，模擬霧滴在網上附著、碰并、積聚，然后在重力作用下沿網脈順流而下。由于霧的特性，任何結構的網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絲的材料、結構以及霧網相對運動等因素有關。實驗表明，葉脈網比經緯網的凝霧集水效果好。

可旋轉的三星葉脈網可增加霧與網接觸的機會，促進霧滴在網上的碰撞，強化霧滴附著、碰并、積聚效果。凹形葉脈網組合結構具有實現二次凝霧、防止霧氣飄散、在體積一定時擴大接觸面等優點。

表1 葉脈網式凝霧集水裝置實驗記錄