無葉電風扇(無葉電風扇的原理是什么?),36創(chuàng)業(yè)加盟網(wǎng)給大家?guī)碓敿毜慕榻B,讓更多的人可以參考:無葉電風扇(無葉電風扇的原理是什么?)。
我們?nèi)粘I钪兴煜さ娘L扇,其最顯著的標志就是驅(qū)使空氣流動的葉片。不過,近年來市場上出現(xiàn)了一類長相怪異的無葉風扇。從名字中就可以看出,這類風扇沒有葉片,大多看上去像是一個連接著柱子的圓環(huán),有的甚至長成了塔形或球形。
不過,這類風扇雖然號稱“無葉”,但如果將其拆解的話,就會發(fā)現(xiàn)并非如此。以圓環(huán)形無葉風扇為例,其柱體底座表面設有許多進氣孔,其內(nèi)裝有空氣壓縮機。當機器運行時,空氣壓縮機利用渦輪葉片的旋轉(zhuǎn),從進氣孔吸入空氣并增壓,之后排向上部圓環(huán)的中空部分,并從圓環(huán)邊緣的細縫高速流出,最終形成吹向我們的氣流。

無葉風扇的核心是空氣壓縮機 圖/Dyson
照這樣說的話,這類風扇就只是把葉片隱藏起來?那我們在常規(guī)的有葉風扇外加上一個罩子,引導其風向,不就成無葉風扇了?的確,有不少手持小風扇就是這樣做的。但我們這里討論的無葉風扇并非這么簡單。它最大的特點,就是吹出的風量能遠遠超過空氣壓縮機吸入的風量,因此也被稱為“空氣倍增器”(air multiplier)。
其實,無葉風扇能夠增加風量的奧秘并不復雜。首先是流體力學中的伯努利原理:流速越快,流體壓強越小。伴隨著高速的氣流射出細縫,內(nèi)圈表面會產(chǎn)生負壓,迫使后方的空氣流入環(huán)內(nèi)。其次,內(nèi)圈表面被設計成類似于機翼的形狀,并有一定的傾角?;跈C翼產(chǎn)生升力的原理:在一定的角度范圍內(nèi),傾角越大,內(nèi)圈靠近后端處會產(chǎn)生更大的負壓。因此,在這兩個作用的疊加下,內(nèi)圈軸向上出現(xiàn)了顯著的壓強差,驅(qū)使著后部氣流進入圓環(huán)內(nèi),以此增加出風量。

某款無葉風扇的產(chǎn)品圖,右圖示意其圓環(huán)軸向被設計成類似于機翼的結(jié)構(內(nèi)圈部分類似于機翼的上表面),氣流從其后部的狹縫噴出。 圖/Dyson
同時,流出圓環(huán)的氣流由于具有一定的黏性,能將四周的空氣也“夾帶”進來。據(jù)已有的計算結(jié)果,無葉風扇在內(nèi)圈表面具有很強的渦度,可以產(chǎn)生較強的黏性切應力,所以流出圓環(huán)的氣流能“夾帶”大量空氣,進而增加出風量。相比之下,常規(guī)風扇對于周邊空氣的“黏性夾帶”就相對弱了一點。因為常規(guī)風扇所產(chǎn)生的氣流還帶有切向速度,因此削減了軸向的速度梯度,使得黏性切應力較小,無法帶動更多周邊氣流。

某款無葉風扇的計算流體力學模擬(顏色示意氣流速度) 圖/www.symspace.com
需要注意,無論是何種原理,增加出風量就意味著給更多空氣增速,其能量來源總是從細縫中射出的氣流。因此,隨著出風量的增加無葉電風扇,風速總會變小。以某款無葉風扇的數(shù)據(jù)來看,其細縫中氣流的射出流速能達到24米/秒無葉電風扇,距風扇60厘米處的氣流軸向速度大約為2.5米/秒;風扇的進氣量在20~30升/秒,而出風量最大能達到400升/秒左右。
和常規(guī)風扇相比,無葉風扇最大的優(yōu)勢在于能產(chǎn)生平穩(wěn)并且連續(xù)的氣流。常規(guī)風扇的葉片在旋轉(zhuǎn)時會切割氣流,而且在葉尖會產(chǎn)生“渦流脫落”,導致產(chǎn)生的氣流有強烈的變化和間斷。相比之下,無葉風扇所產(chǎn)生的氣流更為穩(wěn)定舒適。另外,顯而易見,無葉風扇由于外形結(jié)構簡單,因此更易于清洗且安全便捷。然而,由于采用了空氣壓縮機,相比常規(guī)風扇中的電機,無葉風扇整體會產(chǎn)生更大的噪聲。而且目前來看,其市場上的平均價格也是要高于常規(guī)風扇。
撰文/ @TurbJet
本文選自《科學世界》2019年第2期
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