無葉電風扇是怎么吹出來風的？

無葉電風扇的原理是什么？

圖片：Dyson

無葉電電扇的道理是什么？

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我們日常糊口中所熟悉的電扇，其最光鮮明顯的標記就是差遣空氣流動的葉片。不外，近年來市場上呈現了一類長相怪異的無葉電扇。從名字中就可以看出，這類電扇沒有葉片，大多看上去像是一個毗連著柱子的圓環，有的甚至長當作了塔形或球形。

不外，這類電扇固然號稱“無葉”，但若是將其拆解的話，就會發現并非如斯。以圓環形無葉電扇為例，其柱體底座概況設有很多進氣孔，其內裝有空氣壓縮機。當機械運行時，空氣壓縮機操縱渦輪葉片的扭轉，從進氣孔吸入空氣并增壓，之后排標的目的上部圓環的中空部門，并從圓環邊緣的細縫高速流出，最終形當作吹標的目的我們的氣流。

照這樣說的話，這類電扇就只是把葉片埋沒起來？那我們在常規的有葉電扇外加上一個罩子，指導其風標的目的，不就當作無葉電扇了？簡直，有不少手持小電扇就是這樣做的。但我們這里會商的無葉電扇并非這么簡單。它最大的特點，就是吹出的風量能遠遠跨越空氣壓縮機吸入的風量，是以也被稱為“空氣倍增器”(air multiplier）。

其實，無葉電扇可以或許增添風量的奧秘并不復雜。起首是流體力學中的伯努利道理：流速越快，流體壓強越小。陪伴著高速的氣流射出細縫，內圈概況會發生負壓，迫使后方的空氣流入環內。其次，內圈概況被設計當作近似于機翼的外形，并有必然的傾角。基于機翼發生升力的道理：在必然的角度規模內，傾角越大，內圈接近后端處會發生更大的負壓。是以，在這兩個感化的疊加下，內圈軸標的目的上呈現了光鮮明顯的壓強差，差遣著后部氣流進入圓環內，以此增添出風量。

同時，流出圓環的氣流因為具有必然的黏性，能將周圍的空氣也“夾帶”進來。據已有的計較成果，無葉電扇在內圈概況具有很強的渦度，可以發生較強的黏性切應力，所以流出圓環的氣流能“夾帶”大量空氣，進而增添出風量。比擬之下，常規電扇對于周邊空氣的“黏性夾帶”就相對弱了一點。因為常規電扇所發生的氣流還帶有切標的目的速度，是以削減了軸標的目的的速度梯度，使得黏性切應力較小，無法帶動更多周邊氣流。

需要注重，無論是何種道理，增添出風量就意味著給更多空氣增速，其能量來歷老是從細縫中射出的氣流。是以，跟著出風量的增添，風速總會變小。以某條目無葉電扇的數據來看，其細縫中氣流的射出流速能達到 24 米 / 秒，距電扇 60 厘米處的氣流軸標的目的速度大約為 2.5 米 / 秒；電扇的進氣量在 20～30 升 / 秒，而出風量最大能達到 400 升 / 秒擺布。

和常規電扇比擬，無葉電扇最大的優勢在于能發生平穩而且持續的氣流。常規電扇的葉片在扭轉時會切割氣流，并且在葉尖會發生“渦流脫落”，導致發生的氣流有強烈的轉變和間斷。比擬之下，無葉電扇所發生的氣流更為不變舒適。別的，顯而易見，無葉電扇因為外形布局簡單，是以更易于清洗且平安便捷。然而，因為采用了空氣壓縮機，比擬常規電扇中的電機，無葉電扇整體味發生更大的噪聲。并且今朝來看，其市場上的平均價錢也是要高于常規電扇。

撰文 / @TurbJet

本文選自《科學宿世界》2019 年第 2 期