審核專(zhuan) 家：劉傳(chuan) 振
德國布倫(lun) 瑞克工業(ye) 大學流體(ti) 力學博士後

天氣越來越熱，但吹上一整天空調又難免凍得肩酸背痛，想必很多小夥(huo) 伴和小編一樣，又把櫃子深處的電風扇“發掘”出來，讓它再發揮發揮餘(yu) 熱了。

來源 | 網絡

然而，風扇的家族裏似乎混入了一些形狀奇特的東(dong) 西——酷炫的外形，反直覺的設計，讓它一躍晉升為(wei) 時尚新品。這個(ge) 類型的設計甚至影響到了其他電器，但凡能出風的小家電，就能看到它的影子。就連吹風機這個(ge) “行當”也被插了一腳，差點被搶了飯碗。

來源丨某品牌吹風機宣傳(chuan) 圖樣

看到上麵的圖片你可能已經猜到了，我們(men) 今天要說的東(dong) 西，就是沒有扇葉還能吹風的——無葉風扇。它到底是何方神聖？真的沒有扇葉嗎？風是怎麽(me) 憑空吹出來的？今天小編就化身為(wei) “捕風小偵(zhen) 探”為(wei) 你揭開無葉風扇的秘密！

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扇葉去哪了？如果你有一台無葉風扇，好奇地“把玩”一番，你一定會(hui) 發現在無葉風扇中空環的內(nei) 側(ce) 有一圈縫隙，開機後，風就會(hui) 源源不斷地從(cong) 這個(ge) 縫隙裏吹出來。

無葉風扇剖麵圖

來源 | 普象網

另外，在它的底座有一圈鏤空的氣孔，靠近時隱隱地能感受到一股“吸力”。不用說這一定是進氣口了。

說到這兒(er) ，我們(men) 大概可以猜測到“風的來處”：空氣首先從(cong) 底座上的氣孔被吸入，經過某個(ge) 東(dong) 西加速，再從(cong) 中空環的隙縫中吹出。

那麽(me) ，什麽(me) 東(dong) 西能給空氣加速呢？一些“腦洞大開”的網友想到了它↓↓↓

來源丨某品牌風扇宣傳(chuan) 圖樣

沒錯，就是普通得不能再普通的小電風扇……有沒有一種繞了一大圈又回到了起點的感覺。

外國一位心靈手巧的大叔也想到了這個(ge) 方法，他用一台小電風扇和一堆木頭自己製作了一台無葉風扇。

還真能吹出風來，看起來像模像樣的！

來源 | Pask Makes

市麵上售賣的無葉風扇內(nei) 部構造與(yu) 之類似，但其中一個(ge) 部件的不同，讓它的性能有了質的飛躍，從(cong) 模型、玩具變成了有實用價(jia) 值的產(chan) 品。

真正的無葉風扇不是用普通的電扇給氣流加速，而是用離心式壓氣機，其中最核心的部件是葉輪。

離心式壓氣機構造

來源 | 某品牌宣傳(chuan) 資料

看起來是不是有點像飛機發動機中的渦輪，或是汽車中的渦輪增壓器？沒錯！它們(men) 結構類似，都有可以給空氣加壓的功能。

電風扇和離心壓氣機之間的差距有多大呢？說出來怕嚇到你！

普通電風扇的葉片，轉速為(wei) 1000轉/分鍾，也就是一分鍾轉1000圈，人眼看起來這個(ge) 轉速已經很快了。

一般離心式壓氣機工作時，內(nei) 部的葉輪在電機的帶動下每分鍾能轉50000圈，而有些家用無葉風扇用的離心壓氣機轉速甚至能達到110000轉/分鍾，是電扇的100倍！

除了轉速上差異巨大，它們(men) 的工作原理也大不相同。

先說說普通的扇葉。如果你仔細觀察會(hui) 發現，普通電風扇葉片不是平平的一片，而是曲麵的，具有特殊的形狀。

當風扇旋轉時，這樣的形狀可以將葉片附近空氣切割並向前推出，空氣被葉片推出後就形成了向前的風，為(wei) 我們(men) 帶來一絲(si) 清涼。同時，由於(yu) 一部分空氣被扇葉推走了，電扇後方的空氣會(hui) 從(cong) 四麵八方慢慢流入扇葉附近，補充空氣。

普通風扇的靠扇葉將空氣推出

來源 | 知乎

相比於(yu) 普通電風扇的扇葉，葉輪具有更多的葉片和更複雜的葉片形狀。當葉輪旋轉時，空氣先被切割並推進葉輪內(nei) 部，這裏的原理與(yu) 電風扇類似。

前麵我們(men) 說過，葉輪的轉速非常大，是普通電風扇扇葉的100倍。空氣在葉片的推動下，也會(hui) 隨之高速轉起來。

我們(men) 知道，以物體(ti) 自身為(wei) 參照，它轉動時會(hui) 受到遠離旋轉中心，向外甩的力，這個(ge) 力叫做慣性離心力。並且其他條件不變時，轉速越快，慣性離心力就越大。

跟隨葉輪飛快轉動的空氣會(hui) 受到很大的慣性離心力，在這個(ge) 力的作用下空氣會(hui) 被拋向葉輪的邊緣。

於(yu) 是，進入葉輪內(nei) 的空氣就會(hui) 被源源不斷地被慣性離心力從(cong) 中心甩到葉輪邊緣，然後被輸送至環形出風口。

空氣從(cong) 下方中心吸入，被甩向上方邊緣

來源 | 某品牌宣傳(chuan) 資料

那麽(me) ，空氣被甩到邊緣後會(hui) 發生什麽(me) 呢？這就要仔細看看葉輪的結構了。

葉輪模型 來源 | 自製

也許你已經注意到，葉輪靠近中心的入口處，每個(ge) 葉片之間的距離很近，能使空氣通過的空間很窄。而葉輪邊緣的出口處，每個(ge) 葉片之間的距離較遠，能使空氣通過的空間較寬。這“一窄一寬”之間，藏著大門道！

有生活經驗的朋友應該都知道，刮風天時，窄巷子裏的風，要比寬闊的大路上更猛烈。同樣的道理，葉輪入口處更窄的地方空氣流速更快，葉輪邊緣更寬的地方空氣流速更慢。

這是因為(wei) ，單位時間內(nei) 流經某一截麵的氣體(ti) 質量是相等的，這一規律的本質是質量守恒的體(ti) 現。

那麽(me) ，葉輪內(nei) 這種速度的差異最終會(hui) 造成什麽(me) 影響呢？

大家不妨跟小編一起做個(ge) 實驗：撕下一張紙，手握住一端，用力吹紙條上方，你會(hui) 發現紙條飄了起來。

關(guan) 於(yu) 伯努利原理的小實驗 來源 | 百度

這是因為(wei) ，流速大的地方空氣壓強小，你吹氣時，紙條上方的壓強比下方更小，於(yu) 是紙條就被下方壓強更大的空氣托了起來，這便是伯努利原理。（伯努利原理：壓力+1/2´密度´速度的平方=常數）

同理，葉輪內(nei) 的空氣從(cong) 狹窄區域流到寬闊區域時，流速降低，壓強增加，起到了加壓的效果。

這要歸功於(yu) 電機超高的轉速與(yu) 葉輪精妙的結構，離心式壓氣機能夠將下方的空氣瞬速吸入，同時將空氣壓縮，增加壓強。

葉輪進氣口附近流速快，壓強低；出口附近流速慢，壓強高

來源 | 某品牌宣傳(chuan) 資料

對於(yu) 性能較好的家用無葉風扇，其內(nei) 部的離心壓氣機每秒能將33升的空氣從(cong) 機身底部吸入，加壓，並輸送至環形出風口，這個(ge) 性能是十分卓越的。

不過，事實真的這麽(me) 簡單嗎？你吹到的風僅(jin) 僅(jin) 是從(cong) 出風口噴出的加壓空氣嗎？

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被放大的風不知道你有沒有發現這樣一個(ge) 細節。當用手感受來自無葉風扇環形出風口的風時，會(hui) 覺得雖然氣流很快，但隻是窄窄的一條，風量並不算大。

然而當你站得遠一些，正對著無葉風扇時，你會(hui) 感受到一股均勻的氣流迎麵而來，風量也十分充足，足以覆蓋上半身。

這是怎麽(me) 回事？風量怎麽(me) 會(hui) 憑空變大？

還是先做一個(ge) 小實驗：如果你用勺子的背麵貼近水龍頭裏流出的水流，你會(hui) 發現水流會(hui) 貼著勺子流淌，在勺子的引流作用下，整個(ge) 水柱都會(hui) 變彎。

康達效應 來源 | 百度

同為(wei) 流體(ti) 的空氣也具有這樣的特性。當快速流淌的空氣吹過一個(ge) 緩而平滑的曲麵時，氣流會(hui) 貼附著曲麵流過，隨著曲麵的形狀一起轉彎。

這個(ge) 現象叫做康達效應，飛機的機翼就利用了這種效應。

如果你仔細觀察無葉風扇出風口前端的表麵，會(hui) 發現這個(ge) 表麵呈類似機翼的形狀，它能夠有效地讓氣流有效的集中在環形內(nei) 壁，貼合著表麵快速流動。

這樣做會(hui) 發生什麽(me) 呢？

你會(hui) 發現，流速快的空氣集中在了環形的內(nei) 壁表麵，環的外部空氣流速較慢。

還記得前麵提到的伯努利原理嗎？流速快的地方壓強低，流速慢的地方壓強高。在壓強差的作用下，外界的空氣會(hui) 被壓力壓進無葉風扇的環形區域內(nei) ，並向前噴出，這樣一來，無葉風扇吹出的風量就大大增加了。

康達效應與(yu) 空氣放大技術

來源丨某品牌宣傳(chuan) 資料

其實，無葉風扇出風口噴出的加壓氣體(ti) 的量很少，卻起到了拋磚引玉的效果，大部分的風都來自環外的，都是在壓強差下被壓入環內(nei) 並噴出的，這項技術又被稱作“空氣倍增技術”。

這樣一來，機身內(nei) 的離心壓縮機雖然轉速很快，但它隻需要壓縮很少的氣體(ti) 就能讓無葉風扇產(chan) 生流速快、流量大的風。一般離心式壓氣機每秒可以產(chan) 生33升壓縮空氣，而經過空氣倍增，從(cong) 中空環中吹出的風量可以達到每秒500升。因此，無葉風扇裏的離心壓氣機的大小和功率都不需要很大。

離心式壓氣機與(yu) 空氣放大是無葉風扇的兩(liang) 個(ge) 核心技術

來源 | 新浪網

那麽(me) 問題來了，無葉風扇更值得去買(mai) 嗎？

相比於(yu) 普通風扇，無葉風扇用到了更先進的技術。然而無葉風扇的價(jia) 格也是驚人的高，甚至能達到普通風扇的數十倍！典型的物美但價(jia) 不廉……除了貴，很多無葉風扇在風速較大時噪音也是很大的。

技術上的進步，到底值不值如此高的價(jia) 格，也是需要我們(men) 思考的問題。

來源：數字北京科學中心



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