当把新颖的收集水的方法放在轻雾中时会得到什么?答案是:可以收集比你想象的多得多的水。
年,弗吉尼亚理工学院的跨学科配对工程与生物仿生设计的雾中竖琴的开发首次被报道。雾竖琴的研发动机很简单:在世界上缺水但有雾的地区,从雾中提取可利用的水可能会成为一种可持续发展的选择。虽然捕雾网已经在使用,但捕雾网效率的提升可以大大增加全球范围内可利用雾收集水的地区的数量。新型捕雾网的不同之处在于,与前代产品相比,捕雾网具有从密度较小的雾中获取水分的神奇能力。
合作的方法是将新设计与现有科学相结合。该研究由工程学院内的机械工程系助理教授乔纳森-博雷科发起。他的小组设计了竖琴并对竖琴原型的性能进行了描述。设计开发由建筑与城市研究学院工业设计系的BrookKennedy副教授领导。Kennedy的产品开发和材料知识使该项目达到了可以在真实环境中进行原型设计和测试的地步。早期的资金来自于创意、艺术和技术研究所。
全球有数十亿人面临缺水问题,Kennedy说。我们觉得雾竖琴是一个很好的例子,它是一个相对简单、技术含量较低的发明,利用自然界的现有资源来满足他们最基本的需求。
竖琴的设计使用平行线来收集雾气中的环境水,而目前全球范围内使用的技术主要依靠筛网。这种新装置经过实验室验证的理论是,平行线在收集水的过程中效率更高,避免了堵塞,并增强了进入收集器的排水能力。研究人员的小规模早期测试表明,在高雾条件下,他们的竖琴比那些有网状网的装置要好上二分之一。
随后,进行了实际场地测试。在弗吉尼亚理工大学肯特兰农场的空地上,当时的本科生布兰登-哈特(BrandonHart)搭建了屋顶结构,以防止降雨影响研究结果。在这些覆盖物下,雾竖琴与三种不同的捕雾网并排放置:一种是用直径与鱼叉相当的铁丝直径,一种是用更适合收集的铁丝尺寸,还有一种是用拉舍尔网--一种由水平支撑物之间的V形阵列的平板带状网状物组成的网状物。这种V型网片是目前世界上最流行的捕雾网结构。
在实验室中使用的是大雾条件,而弗吉尼亚理工大学周围的实际雾况一般要轻得多。随着现场测试的开始,Boreyko和Kennedy怀疑现有的雾是否能提供他们所需的反馈,以进行充分的测试。但最终的结果使他们感到很惊喜。
当大雾开始在河谷的山丘上翻滚时,雾气竖琴总能显示出效果。在薄雾中,网状收集器的收集管完全没有滴水。即使在雾的密度增加时,竖琴的表现也继续优于它们的同伴。根据雾的密度不同,产量从两倍到近20倍不等。
研究人员将实验室研究和现场数据结合在一起,确定了收集潜力是多种因素的结果。其中最大的因素是网状和竖琴之间的可收集水滴的大小。在这两种情况下,水必须在空气通过时被网状物或竖琴夹住,在重力作用下向下进入收集点,才能被收集。雾竖琴只使用垂直线,为移动式水滴创造了一条畅通无阻的路径。相比之下,捕雾网有水平和垂直两种结构,水滴明显地大一些,才能穿过水平线。在现场测试中,捕雾网通常要求水滴的大小要比竖琴上的水滴大倍。没有下降的水会简单地蒸发,无法收集。
我们已经知道,在大雾中,我们至少可以得到2倍以上的水,Boreyko说。但在我们的现场测试中意识到,在中度大雾中,我们平均可以获得20倍以上的水,这让我们看到了希望,我们可以极大地提高了大雾收集的地区的广度,在这些地区,大雾收集是获得分散的淡水的可行工具。
论文标题为《HarpsEnableWaterHarvestingunderLightFogConditions》。
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