叶脉网式凝雾集水装置

文湖南省汨罗市第一中学 刘志远 赵家奥 韩志红

一、雾的特性

在日夜温差大、湿度高、空气较稳定等自然条件下，空气中饱和的水汽以悬浮在空气中的尘埃作为凝结核凝结成小水滴，小水滴集合得越多，雾的浓度就越大。

雾能够凝结并成为较大水滴，首先是由雾的内在特性决定的，它原本就是悬浮在近地面空气中的细小水滴的集合。雾在凝结碰并过程中需要有作为凝结核和可释放内能的附着物等外在条件，这对设计捕雾取水装置具有重要的理论指导意义。

二、叶脉网研究

根据叶脉的结构设计的凝雾集水网就是凝雾集水叶脉网，简称叶脉网。我们先后制作了真叶脉网和仿叶脉网。

真叶脉网是指由真实的树叶叶脉制作的原生态网。先制取香樟叶的叶脉标本若干张，经干燥后，用502胶拼接成大块矩形，并将其固定在塑料框架上，形成一张真叶脉网。制作真叶脉网是为了进行探索叶脉网凝雾集水机理实验。在实验中我们发现，真叶脉网易损坏、腐烂，缺乏实用价值。

我们又改用一种工业生产的膨松状化纤纱布，它的外观结构与网状脉的细脉和游离脉梢极为相似，透气性好且不易吸水。于是，我们利用它来制作仿叶脉网。

三、叶脉网式凝雾集水装置

叶脉网式凝雾集水装置结构如图1所示。该装置主要由仿叶脉网、转动装置、集水器和底座等组成。

图1 叶脉网式凝雾集水装置

仿叶脉网部件由三片形状完全相同的仿叶脉网与内凹形等腰三角支架组成。仿主脉和侧脉的导流层金属丝采用扁形丝，以利于雾水的附着和导流。金属丝网孔的密度以不超过20目为宜，即与细脉的密度相似。

图2 三叶星形叶脉网凝雾机理示意图

转动装置由电机和传动齿轮组成，其作用是使三叶星形叶脉网匀速转动，增加雾与网面的碰凝机会，提高凝雾集水的效率。

集水器由集水斜槽、导流管、贮水容器组成，用来收集并流下来的雾水。如要用作饮用水，集水器可另行装备水质净化处理器。底座支承全部部件，必要时，其内腔也可作为储水空间。

装置制作完成后，我们用加湿器向装置提供模拟雾，在相同的时间内，用量筒、量杯、注射器计量水量。实验记录见表1。

图3 叶脉网式凝雾集水装置

实验过程中，模拟雾滴在网上附着、碰并、积聚，然后在重力作用下沿网脉顺流而下。由于雾的特性，任何结构的网在与雾接触时都具有凝雾集水的功能，但凝雾集水性能与网丝的材料、结构以及雾网相对运动等因素有关。实验表明，叶脉网比经纬网的凝雾集水效果好。

可旋转的三星叶脉网可增加雾与网接触的机会，促进雾滴在网上的碰撞，强化雾滴附着、碰并、积聚效果。凹形叶脉网组合结构具有实现二次凝雾、防止雾气飘散、在体积一定时扩大接触面等优点。

表1 叶脉网式凝雾集水装置实验记录