無葉電風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)和工作原理

無葉電風(fēng)扇是近年來，上市的一款新型家電產(chǎn)品，它與傳統(tǒng)的風(fēng)扇相比，最大的特點是沒有扇葉，外形新穎時尚，如圖1所示。這種無葉電風(fēng)扇最早是由美國Dyson公司推出的產(chǎn)品，外形相當(dāng)簡約，下面是一個底座，上面是一個出風(fēng)框，出風(fēng)框中間是一個空洞，沒有扇葉和前后欄柵罩蓋。由于該類風(fēng)扇沒有葉片，工作時運轉(zhuǎn)噪音減小，同時其安全性也大為提高。

無葉電風(fēng)扇的發(fā)明靈感源于空氣葉片干手器?？諝馊~肝手器的原理是迫使空氣經(jīng)過-個小口來“刷”千手上的水。無葉電風(fēng)扇也叫空氣增倍機，其原理是讓空氣從一個約1mm寬、繞著圓環(huán)轉(zhuǎn)動的切口中吹出來。由于空氣是被強制從這一圓圈里吹出來的，通過的空氣量可增到15倍，時速可高至35km/h。無葉電風(fēng)扇靠持續(xù)的空氣流動形成自然氣流，如圖2所示，使用者會感到氣流柔和自然，而傳統(tǒng)風(fēng)扇是靠扇葉‘切割’空氣形成氣流，使用者會感到氣流具有明顯的周期性沖擊感。

一、無葉電風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)
無葉電風(fēng)扇主要由下部的底座與上部的圓環(huán)組成，如圖3所示，上面的圓環(huán)又稱出風(fēng)框，是該類風(fēng)扇的重要組成部分。

底座與出風(fēng)框通過卡口裝配在一起，兩者可以分離開。底座下方的小孔是進風(fēng)口，是吸入空氣的地方。底座內(nèi)部如圖4所示，其上方是一個扇葉水平旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇，常稱其為渦輪風(fēng)扇?？諝膺M人底座后，渦輪風(fēng)扇對空氣增壓將其吹進出風(fēng)框內(nèi)。

出風(fēng)框雖外形像一個大圓環(huán)，但它并非一個簡單的圓框，而是一個有特殊構(gòu)造的空腔，腔體朝著送風(fēng)的正方向較薄，且完全封閉，反方向較厚，金屬片包裹了一圈后留出約1mm的縫隙，這條縫隙就是出風(fēng)口，其橫截面如圖5所示。

提示：當(dāng)在正常的黏度、溫度和氣壓等條件下，空氣經(jīng)過約1mm寬的縫隙時，剛好可以讓吹出的氣流保持平穩(wěn)，不會發(fā)生紊亂現(xiàn)象。
二、工作原理分析
無葉電風(fēng)扇的工作過程主要分為以下3個步驟:
1.吸入
開機后，渦輪風(fēng)扇運轉(zhuǎn)，將底座旁的空氣吸進來，并增壓后吹出，形成一定氣流的空氣進人出風(fēng)框的內(nèi)部空腔中。
2.加速
氣流不斷送人出風(fēng)框的腔體內(nèi)，積聚到-定程度就會超過腔體外的正常氣壓，于是形成風(fēng)。而前端狹窄后端寬厚的腔體會迫使內(nèi)部氣流朝后端更寬闊的空腔運動，不斷“相互擠壓”的空氣最后只能從細(xì)小的狹縫中高速“泄漏”出去，如圖6所示。

3.增強
當(dāng)有一束氣流急速通過時，它會拉扯周圍的空氣，讓它們跟著氣流一起運動，這就是空氣動力學(xué)中所說的霧沫夾帶現(xiàn)象。具體到無葉電風(fēng)扇而言，當(dāng)氣流從約1mm寬的細(xì)縫中高速吹出時，它將夾帶著周邊的空氣一起向前。
由于出風(fēng)框內(nèi)的空氣都向前運動，則出風(fēng)框后的氣壓會降低，這將導(dǎo)致后方更多的空氣加入，以平衡氣壓，最后的結(jié)果就是風(fēng)扇背面的空氣從后向前補充進來，加強了中心送風(fēng)效果，如圖7所示，這種現(xiàn)象稱為誘導(dǎo)現(xiàn)象。

另一方面，出風(fēng)框外圍的空氣也會因為氣流造成的負(fù)壓一齊補充進來從而拓寬吹風(fēng)的范圍，如圖8所示，這種現(xiàn)象稱為夾卷現(xiàn)象。

通過空氣誘導(dǎo)和夾卷;各種氣流疊加，就會形成數(shù)倍于底座吸收空氣能力的送風(fēng)效果。出風(fēng)框截面的氣流示意圖如圖9所示，可見風(fēng)扇的風(fēng)量被顯著放大，達(dá)到渦輪風(fēng)扇吸入空氣量的數(shù)倍甚至數(shù)十倍(家用無葉電風(fēng)扇約為15倍)，因此該類風(fēng)扇又被稱為空氣增倍機或空氣放大器(Air Muliplier)。

綜上所述，無葉電風(fēng)扇擺脫了傳統(tǒng)風(fēng)扇純粹依靠電動機帶動扇葉直接送風(fēng)的模式，而是在扇葉出風(fēng)后再添加一道環(huán)節(jié)，通過改變氣流運動路線，達(dá)到更理想的送風(fēng)效果。同時這項發(fā)明還告訴人們:只要勇于設(shè)想，并主動嘗試從另一個角度去思考，生活中有很多細(xì)節(jié)是可以不斷得到優(yōu)化完善的。