CN111141780B - 一种低气压光热取水模拟实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低气压光热取水模拟实验装置，属于水分提取技术领域。本发明所述的实验装置结构简单，操作方便，可以对不同光照水平、大气压力和温度等条件下的集水速度及效率进行研究，针对土壤的不同平均含水量以及含水量随深度的分布，获得集水速度及效率的试验数据，从而为寒旱地区的就地制水以及火星基地的选址提供应用基础。

Description

一种低气压光热取水模拟实验装置
技术领域
本发明涉及一种低气压光热取水模拟实验装置，属于水分提取技术领域。
背景技术
我国寒冷且干旱的区域分布较广，大部分处于高原，这些区域自然环境恶劣，生存条件差。为了科学考察及有关技术支持的需要，很多基地或有人值守的站点建立于此，但是水资源短缺问题给科学考察带来了极大的不便。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种低气压光热取水模拟实验装置，该实验装置可以对不同光照水平、大气压力和温度等条件下的集水速度及效率进行研究，针对土壤的不同平均含水量以及含水量随深度的分布，获得集水速度及效率的试验数据，为寒旱地区的就地制水提供应用基础。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种低气压光热取水模拟实验装置，所述实验装置包括塑料透明半球空心体、金属网格半球空心体、金属网格半球支撑骨架、金属管、底座、太阳光模拟器、真空泵和冷却介质源；
塑料透明半球空心体用于透过太阳光，其透光率不小于80％，材料优选聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯(PC)；
金属网格半球空心体用于导热，其材料选用铜、铜合金、铝、铝合金或不锈钢等具有良好导热性能的金属材料，网格尺寸优选9mm×9mm～10mm×10mm，相邻两个网格之间的间距为1mm～2mm；
金属网格半球支撑骨架用于支撑，避免塑料透明半球空心体在真空条件下产生变形，其材料优选铜、铝或铝合金；
金属管用于输送冷却介质，其材料优选铜；
底座的材料优选木材或塑料；
塑料透明半球空心体放置在底座上，与底座形成一个封闭的半球形空腔；金属网格半球空心体和金属网格半球支撑骨架放置在半球形空腔中，金属网格半球空心体的外凸面与塑料透明半球空心体相贴合，金属网格半球空心体的内凹面与金属网格半球支撑骨架相贴合；金属管布置在金属网格半球空心体和金属网格半球支撑骨架之间，且分别与金属网格半球空心体和金属网格半球支撑骨架接触，金属管的一端与冷却介质源连接，金属管的另一端将冷却介质排出半球形空腔；真空泵通过气体管路与半球形空腔连接。
进一步地，金属管布置在金属网格半球支撑骨架的下端。
采用本发明所述实验装置提取水时，将土壤放置在底座上，通过冷却介质源控制半球形空腔内壁的温度以便从土壤中升华的水分能够在半球形空腔内壁上凝华，通过真空泵调控半球形空腔内部的压力，通过太阳光模拟器模拟不同光照强度的太阳光。根据不同模拟实验条件下在半球形空腔内壁收集的霜的重量，计算收集速率及效率，从而为寒旱地区的就地制水以及火星基地的选址提供应用基础。
有益效果：
(1)本发明所述的实验装置结构简单，操作方便，可以对不同光照水平、大气压力和温度等条件下的集水速度及效率进行研究，针对土壤的不同平均含水量以及含水量随深度的分布，获得集水速度及效率的试验数据，为寒旱地区的就地制水提供应用基础。
(2)另外，由于火星与地球寒旱地区的土壤、大气、温度有相似之处，该实验装置还可以为火星基地选址提供参考，为我国未来开展火星基地建设等任务提供火星原位水资源利用的相关技术储备。
附图说明
图1为实施例中所述低气压光热取水模拟实验装置的结构示意图。
其中，1-塑料透明半球空心体，2-金属网格半球空心体，3-金属网格半球支撑骨架，4-金属管，5-底座，6-储放柜。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述。
实施例1
如图1所示，一种低气压光热取水模拟实验装置包括塑料透明半球空心体1、金属网格半球空心体2、金属网格半球支撑骨架3、金属管4、底座5、太阳光模拟器、真空泵、冷却介质源以及储放柜6；
塑料透明半球空心体1的材料为PMMA，金属网格半球空心体2、金属网格半球支撑骨架3以及金属管4的材料均为铜；金属网格半球空心体2上加工的网格尺寸为10mm×10mm，相邻两个网格之间的间距为1mm；底座上加工有通孔，其材料为木材；冷却介质源为液氮；
塑料透明半球空心体1放置在底座5上，与底座5形成一个封闭的半球形空腔；金属网格半球空心体2和金属网格半球支撑骨架3放置在半球形空腔中，金属网格半球空心体2的外凸面与塑料透明半球空心体1相贴合，金属网格半球空心体2的内凹面与金属网格半球支撑骨架3相贴合；在金属网格半球空心体2和金属网格半球支撑骨架3之间且接近底座5的一端布置有一圈金属管4，金属管4分别与金属网格半球空心体2和金属网格半球支撑骨架3焊接，金属管4的一端与冷却介质源连接，金属管4的另一端将冷却介质排出半球形空腔外；气体管路穿过底座5，气体管路的一端位于半球形空腔中，气体管路的另一端与真空泵连接；真空泵和冷却介质源放置在储放柜6中。
采用本实施例所述实验装置提取水时，将土壤放置在底座5上，通过冷却介质源控制半球形空腔内壁的温度以便从土壤中升华的水分能够在半球形空腔内壁上凝华，通过真空泵调控半球形空腔内部的压力，通过太阳光模拟器模拟不同光照强度的太阳光，通过调控模拟实验条件使土壤中的水分升华并在半球形空腔内壁冷凝成霜，对半球形空腔内壁收集的霜称重并计算收集速率。通过改变模式实验条件，可以获得不同条件下的水收集速度及效率，从而为寒旱地区的就地制水以及火星基地的选址提供应用基础。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种低气压光热取水模拟实验装置，其特征在于：所述实验装置包括塑料透明半球空心体、金属网格半球空心体、金属网格半球支撑骨架、金属管、底座、太阳光模拟器、真空泵和冷却介质源；
塑料透明半球空心体的透光率不小于80％；
金属网格半球空心体选用具有导热性能的铜、铜合金、铝、铝合金或不锈钢金属材料，金属网格半球空心体上的网格尺寸为9mm×9mm～10mm×10mm，相邻两个网格之间的间距为1mm～2mm；
金属网格半球支撑骨架的材料为铜、铝或铝合金；
金属管的材料为铜；
塑料透明半球空心体放置在底座上，与底座形成一个封闭的半球形空腔；金属网格半球空心体和金属网格半球支撑骨架放置在半球形空腔中，金属网格半球空心体的外凸面与塑料透明半球空心体相贴合，金属网格半球空心体的内凹面与金属网格半球支撑骨架相贴合；金属管布置在金属网格半球空心体和金属网格半球支撑骨架之间，同时金属管布置在金属网格半球支撑骨架的下端，且分别与金属网格半球空心体和金属网格半球支撑骨架接触，金属管的一端与冷却介质源连接，金属管的另一端将冷却介质排出半球形空腔；真空泵通过气体管路与半球形空腔连接。
2.根据权利要求1所述的一种低气压光热取水模拟实验装置，其特征在于：塑料透明半球空心体的材料为聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯。
3.根据权利要求1所述的一种低气压光热取水模拟实验装置，其特征在于：底座的材料为木材或塑料。
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