一种气态水液化及收集的室内试验及演示装置
阅读说明：本技术 一种气态水液化及收集的室内试验及演示装置 (Indoor test and demonstration device for liquefying and collecting gaseous water ) 是由 马波 王智 田军仓 庞羽茜 王斯腾 何进宇 闫新房 马浩 夏恒 孙劲豪 于 2021-08-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种气态水液化及收集的室内试验及演示装置,包括：顶端开口的透明箱体、盖体、用于降低箱体内气温的降温装置、加湿装置、液化水收集装置和数显温湿度计。本发明盖体扣设在箱体上,形成密闭空间,首先通过加湿装置在箱体内模拟室外的湿度环境,再通过降温装置模拟室外的温度变化环境,使气态水蒸汽液化形成露水,再通过液化水收集装置收集,实现了气态水液化及收集的过程演示,可通过改变加湿装置、降温装置、液化水收集装置的各项参数,来收集不同情况下的试验数据,试验操作简单,模拟效果好,试验周期短,效率高,成本低。(The invention discloses an indoor test and demonstration device for liquefying and collecting gaseous water, which comprises: the top end of the box body is provided with an opening, the cover body is provided with a cooling device, a humidifying device, a liquefied water collecting device and a digital display temperature and humidity meter, wherein the cooling device is used for reducing the temperature in the box body. The cover body is buckled on the box body to form a closed space, firstly, an outdoor humidity environment is simulated in the box body through the humidifying device, then, an outdoor temperature change environment is simulated through the cooling device, so that the gaseous water vapor is liquefied to form dew, and then, the dew is collected through the liquefied water collecting device, so that the process demonstration of the liquefaction and collection of the gaseous water is realized, test data under different conditions can be collected by changing various parameters of the humidifying device, the cooling device and the liquefied water collecting device, and the device is simple in test operation, good in simulation effect, short in test period, high in efficiency and low in cost.)
技术领域
本发明涉及农业生态水文学中气态水液化及收集试验技术领域，更具体的说是涉及一种气态水液化及收集的室内试验及演示装置。
背景技术
近地面空气温度降低时，空气中气态水开始释放热量，温度降到露点以下时水汽在物体表面的凝结形成水的“液相”模式，即露水。露水作为环境因子具有良好的生态效应，是水资源缺乏地区植被、昆虫、小型动物、苔鲜、地衣及沙丘表面微生物群赖以生存的重要水源，在维持干旱、半干旱地区生态水量平衡、能量平衡中发挥着独特的作用。
露水的形成与空气动力学和热动力学有关，温度和相对湿度是控制露水形成的两个关键性因素，露水形成还与近地面气象条件和地物表面特性、局地地形有关。
为了研究气态水液化机理及过程同时有效利用液化的气态水，世界各国学者和技术人员采用了诸多方法进行了大量的试验(实验)研究，研究取得了一定的成果，但大量的试验(实验)在室外进行，研究条件控制相对较难，研究成本也较高，试验周期长，应用效率低。
因此，如何提供一种可在室内研究气态水液化及收集的试验及演示装置是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种气态水液化及收集的室内试验及演示装置，本装置能够模拟室外的温度和湿度条件，通过简单的操作，便能模拟演示气态水液化的整个过程，并通过模拟地物表面特性并在其表面形成露水，实现露水的收集，为露水利用研究提供了前期研究条件。应用本试验装置，降低了研究成本，缩短了试验周期，提高了试验效率。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种气态水液化及收集的室内试验及演示装置，包括：顶端开口的透明箱体、盖体、用于降低箱体内气温的降温装置、加湿装置、液化水收集装置和数显温湿度计；
盖体可拆卸安装在箱体开口端；
降温装置的制冷端对应箱体内部；
加湿装置包括加湿头和外置控制器，加湿头位于箱体内以对箱体内气体进行加湿，外置控制器与加湿头电性连接以控制加湿头的启动与关闭；
液化水收集装置位于箱体内且其上端为喇叭形敞口端以收集箱体内环境降温冷凝水；
数显温湿度计设置在箱体内部。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种气态水液化及收集的室内试验及演示装置，盖体扣设在箱体上，形成密闭空间，首先通过加湿装置在箱体内模拟室外的湿度环境，再通过降温装置模拟室外的温度变化环境，使气态水蒸汽液化形成露水，再通过液化水收集装置收集，实现了气态水液化及收集的过程演示，可通过改变加湿装置、降温装置、液化水收集装置的各项参数，来收集不同情况下的试验数据，试验操作简单，模拟效果好，试验周期短，效率高，成本低。
根据本发明进一步的，降温装置包括侧端开口的冰室、隔热门和冰块，冰室嵌装在箱体侧壁上，且开口端对应箱体外壁，隔热门设于箱体外壁上，且可拆卸扣设在冰室开口处；冰块放置在冰室内腔中。
采用上述技术方案产生的有益效果是，通过打开隔热门从外边取放冰块，这样既可以达到降温效果，又不影响密闭空间的湿度环境。
根据本发明进一步的，加湿装置还包括水箱，水箱设有容水腔和与容水腔连通的开口；加湿头，包括头部壳体和多个喷雾组件，头部壳体与水箱可拆卸地连接且封盖开口，头部壳体的顶部设有多个喷雾口，喷雾组件安装于头部壳体内且伸入容水腔内，喷雾组件用于将容水腔内的水雾化且产生的水雾通过喷雾口喷出。
采用上述技术方案产生的有益效果是，通过多个喷雾组件向多个喷雾口进行喷雾，可提高箱体内的加湿效率。
根据本发明进一步的，加湿头还包括电路板，电路板设于头部壳体内，且与喷雾组件电性连接，外置控制器与电路板电性连接，用于控制多个喷雾组件工作。
采用上述技术方案产生的有益效果是，从箱体外部通过控制外置控制器控制加湿器工作，这样既可以随时调节加湿器的加湿量，又不影响密闭空间的湿度环境。
根据本发明进一步的，液化水收集装置包括电子天平、玻璃量杯、漏斗和地物模拟材料，玻璃量杯放置在电子天平的测量托盘上，漏斗插设在玻璃量杯顶端开口处，地物模拟材料可拆卸贴附在漏斗内壁上。
采用上述技术方案产生的有益效果是，可以同时获得在不同地物模拟材料下气态水液化的体积和质量，从而为气态水的收集、转化、利用提供重要的试验参数和参考依据，同时克服了室外试验投资大、成本高的缺陷。
根据本发明进一步的，玻璃量杯为箱体高度的20％。
采用上述技术方案产生的有益效果是，更有利于液态水的收集。
根据本发明进一步的，液化水收集装置还包括支撑杆，支撑杆包括连接杆和两个限位杆，两个限位杆分别设置在连接杆两端靠近端面的位置；漏斗侧壁从顶端向下设有多个开口，且侧壁上开设有多个通孔，连接杆通过限位杆分别卡接在不同的通孔内。
采用上述技术方案产生的有益效果是，通过不同长度的支撑杆或是支撑杆支撑不同的通孔，可改变漏斗的坡度，以便更好的模拟地物表面特性，使试验结果更接近室外试验结果。
根据本发明进一步的，数显温湿度计为多个，且多个数显温湿度计设置位置距离箱体底壁距离不同。
采用上述技术方案产生的有益效果是，可以观测箱体内不同位置的温度和湿度，且多个数显温湿度计数据可得出试验空间内的平均温湿度，以保障试验研究的合理性，不会造成局部温湿度差异太大。
根据本发明进一步的，还包括挂线，盖体内壁设置有多个挂钩，挂线一端固定在挂钩上，另一端连接数显温湿度计。
采用上述技术方案产生的有益效果是，数显温湿度计可随时根据需求调整监测位置。根据本发明进一步的，箱体和盖体由绝热材料制成。
根据本发明进一步的，箱体和盖体由绝热材料制成；箱体的尺寸为80*80*80cm。
采用上述技术方案产生的有益效果是，可以保护箱体内的试验环境不受外界环境影响，进一步提高模拟效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的一种气态水液化及收集的室内试验及演示装置结构示意图；
图2附图为降温装置结构示意图；
图3附图为液化水收集装置结构示意图；
图4附图为漏斗和支撑杆结构示意图；
图5附图为支撑杆结构示意图；
附图标记：
1、箱体，
2、盖体，21、挂钩，22、提拉手环；
3、降温装置，31、冰室，32、隔热门，33、冰块，34、门框；
4、加湿装置，41、水箱，42、加湿头，421、喷雾口；
5、液化水收集装置，51、电子天平，52、玻璃量杯，53、漏斗，531、开口，532、通孔，54、支撑杆，541、连接杆，542、限位杆；
6、数显温湿度计；
7、挂线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种气态水液化及收集的室内试验及演示装置，包括：顶端开口的透明箱体1、盖体2、用于降低箱体内气温的降温装置3、加湿装置4、液化水收集装置5和数显温湿度计6；
盖体2可拆卸安装在箱体1开口端；
降温装置3的制冷端对应箱体1内部；
加湿装置4包括加湿头42和外置控制器，加湿头42位于箱体1内以对箱体1内气体进行加湿，外置控制器与加湿头42电性连接以控制加湿头42的启动与关闭；
液化水收集装置5位于箱体1内且其上端为喇叭形敞口端以收集箱体1内环境降温冷凝水；
数显温湿度计6设置在箱体1内部。
有利的是，盖体2与箱体1连接处可套设密封圈，使盖合后的箱体1内空间密封性更好。
有利的是，盖体2顶面可设置提拉手环22，方便盖体2脱离箱体1。
透明的箱体1更利于观察箱体1内的试验过程和采集试验数据。
根据本发明的一个实施例，降温装置3为四个，分布在箱体1四个侧壁上；加湿装置4为一个，液化水收集装置5为三个，加湿装置4和三个液化水收集装置呈“田”字型放置在箱体1底部。
根据本发明的一个实施例，降温装置3包括侧端开口的冰室31、隔热门32和冰块33，冰室31嵌装在箱体1侧壁上，且开口端对应箱体1外壁，隔热门32设于箱体1外壁上，且可拆卸扣设在冰室31开口处；冰块33放置在冰室31内腔中。通过打开隔热门32从外边取放冰块，这样既可以达到降温效果，又不影响密闭空间的湿度环境。
有利的是，可设置由隔热材料制成的门框34，门框安装在箱体1外壁上，隔热门32一端与门框34铰接。门框34不仅可以扩大隔热面积，还能起到一定的密封作用。
根据本发明的一个实施例，加湿装置4还包括水箱41，水箱41设有容水腔和与容水腔连通的开口；加湿头42，包括头部壳体和多个喷雾组件，头部壳体与水箱41可拆卸地连接且封盖开口，头部壳体的顶部设有多个喷雾口421，喷雾组件安装于头部壳体内且伸入容水腔内，喷雾组件用于将容水腔内的水雾化且产生的水雾通过喷雾口421喷出。通过多个喷雾组件向多个喷雾口421进行喷雾，可提高箱体1内的加湿效率。
喷雾组件包括吸水棒和雾化片，头部壳体设有传水孔，吸水棒穿设于传水孔，雾化片设于吸水棒的顶部，喷雾口位于雾化片的上方。
根据本发明的一个实施例，加湿头42还包括电路板，电路板设于头部壳体内，且与喷雾组件电性连接，外置控制器与电路板电性连接，用于控制多个喷雾组件工作。雾化片与电路板电性连接，从箱体1外部通过控制外置控制器控制加湿器工作，这样既可以随时调节加湿器的加湿量，又不影响密闭空间的湿度环境。
加湿装置4的电源可以为两种形式，一种是在加湿装置内设置蓄电池，另一种是直接连接外部电源，在连接外部电源时，电源线需穿过箱体1侧壁与外部电源进行连接，需要对箱体1上的电源线穿口进行密封处理，防止外部环境影响内部试验环境。
根据本发明的一个实施例，液化水收集装置5包括电子天平51、玻璃量杯52、漏斗53和地物模拟材料，玻璃量杯52放置在电子天平51的测量托盘上，漏斗53插设在玻璃量杯52顶端开口处，地物模拟材料可拆卸贴附在漏斗53内壁上。可以同时获得在不同地物模拟材料下气态水液化的体积和质量，从而为气态水的收集、转化、利用提供重要的试验参数和参考依据，同时克服了室外试验投资大、成本高的缺陷。
地物模拟材料为不同比热和摩擦系数的斥水性材料。如聚四氟乙烯膜、普通地膜、超疏水涂层等。
有利的是，玻璃量杯的直径小于电子天平51测量托盘的直径。
有利的是，玻璃量杯52为箱体1高度的20％。
有利的是，电子天平的精度为0.001g。
根据本发明的一个实施例，液化水收集装置5还包括支撑杆54，支撑杆54包括连接杆541和两个限位杆542，两个限位杆542分别设置在连接杆541两端靠近端面的位置；漏斗53侧壁从顶端向下设有多个开口531，且侧壁上开设有多个通孔532，连接杆541通过限位杆542分别卡接在不同的通孔532内。
有利的是，可以同时使用多个支撑杆54，也可以同时使用各种长度的支撑杆54。
通过不同长度的支撑杆54或是支撑杆54支撑不同的通孔532，可改变漏斗53的坡度，以便更好的模拟地物表面特性，使试验结果更接近室外试验结果。
根据本发明的一个实施例，数显温湿度计6为多个，且多个数显温湿度计6设置位置距离箱体1底壁距离不同。可以观测箱体1内不同位置的温度和湿度，且多个数显温湿度计数据可得出试验空间内的平均温湿度，以保障试验研究的合理性，不会造成局部温湿度差异太大。
有利的是，数显温湿度计6为三个。
根据本发明的一个实施例，还包括挂线7，盖体2内壁设置有多个挂钩21，挂线7一端固定在挂钩21上，另一端连接数显温湿度计6。数显温湿度计6可随时根据需求调整监测位置。
根据本发明的一些实施例，箱体1和盖体2由绝热材料制成；箱体1的尺寸为80*80*80cm。可以保护箱体1内的试验环境不受外界环境影响，进一步提高模拟效果。
本发明公开提供了一种气态水液化及收集的室内试验及演示装置，试验步骤为：
1、给加湿装置4的水箱41内加入足量的蒸馏水，然后放置在箱体1底部；
2、将漏斗53调整好坡度，并在其内壁面上贴附上地物模拟材料，将玻璃量杯52放置在电子天平51的测量托盘上，随后将漏斗53放置在玻璃量杯52上，电子天平51放置在箱体1底部；
3、将数显温湿度计6通过挂线7固定在挂钩21上；
4、盖上盖体2；
5、开启加湿装置4，观测数显温湿度计6上的数据变化，当空气温湿度达到设定值时，关闭加湿装置4；
6、打开隔热门32，将冰块33放入冰室31内，关闭隔热门32，随着冰块33的融化，箱体1内的温度开始下降，湿度也会随之下降，漏斗53表面开始有液态水产生，随着水量的增加，受重力作用流入玻璃量杯52内，直到温度不再降低，收集水量不再增加，一次气态水液化试验过程结束。
应用本发明的一种气态水液化及收集的室内试验及演示装置，采用不同材质的地物模拟材料进行了试验，实验数据如下：
漏斗开口面积为0.004225㎡；
通过采用本发明气态水液化及收集的室内试验及演示装置，可以通过降温装置、加湿装置模拟不同的实验过程，采用液化水收集装置实验不同的地物模拟材料的凝水参数。由以上实验数据可得出，采用聚四氟乙烯膜作为地物模拟材料，集水效果较好。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种超临界CO-(2)混合工质换热实验系统