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海岛地区淡水制备方法与系统设计
海岛和沿海沙漠地区都存在淡水缺乏的问题,而主要的办法之一就是淡化海水,但传统的海水淡化设备复杂、能耗及成本高,推广使用有一定的局限性.我针对传统的海水淡水制备方法,另外提出了一种利用空气中饱和水蒸气在露点时冷凝在固体表面,形成液态水的方法,并经过实验验证,这套系统集水效率较高,行之有效.
选定针簇模型
我受到纳米布沙漠甲虫利用背壳冷凝水汽后饮用和仙人掌针刺簇集水的现象启发,设计了相似的仿生结构,并添加不同亲水涂层来进行实验.实验表明,在相同表面积下,针簇数量远多于甲壳凸起数量,针簇模型整体效果优于甲壳模型；各种亲水材料涂层中,除疏水基亲水材料可反复使用外,其他亲水材料均为一次性耗材.因此我最终选择针簇模型,表面涂覆疏水基亲水材料.针对针簇模型的优化,我们对主针簇上小刺的分布情况进行了分析,实验采集的是同等条件下1 分钟内收集的水滴个数.结果表明,同等条件下针刺朝上更利于水汽的凝结和收集,针刺对称分布的效果相对较差.
淡水收集装置各部件
验证原理后,我设计了一种用于收集空气中水汽的装置,包括可旋转式底座、储水箱、防蒸发盘、蜗壳式进风结构、塔体、雨水收集盘、循环冷却系统、风向识别控制系统、太阳能板和蓄电池.
工作原理
工作时,风向识别控制系统中的风向传感器识别出集水装置所处环境的风向信息,并将对应风向相关数据传递至控制器,控制器控制执行机构将可旋转式底座连同其上部整体旋转至适合位置,即蜗壳式进风结构的进气扇面朝风吹来的方向；在循环制冷系统的作用下,冷却液通过外壁上的进水口进入螺旋形冷却水通道,使得内壁及其上分布的中空仿仙人掌针簇表面冷却；外部湿热空气通过底座上均匀分布的进风孔进入仿白蚁丘结构内部,与内壁充分接触,水蒸气和雾状水分别在仿仙人掌针簇表面及内壁其余位置液化和聚集,并在自身重力的作用下沿着针簇主刺向动,与内壁其余位置的水珠汇集,一起流至底座的导流槽,再通过引流管进入储水装置.
最终结论
经过我们这套水汽冷凝淡水收集原型装置的验证,该系统的集水效率约为普通凝水装置的6 ～ 8 倍,证明它是行之有效的.
该装置将空气中含有的隐性水资源转化为显性的可利用的水资源,简单低耗,可应用于海岛、船舶、多雾山区等空气潮湿度高的地区,有望成为解决水资源危机的有效途径,同时为设计开发连续高效的雾水收集器提供了新思路,为缓解世界水资源危机提供了出路,对世界范围内农业、工业及国防领域的发展有重要意义.
（该作品获第三十一届全国青少年科技创新大赛一等奖,有删改）
（指导老师/ 徐广玉）
系统设计论文范文结:
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