炎炎夏日,，不可或缺的降暑神器莫過于空調和風扇了,。但空調開久了,，會讓人產生悶的感覺,，所以比起空調,，有些人更喜歡風扇的自然風。近幾年，市場上出現了一類相貌奇特的風扇——無葉風扇,。它跟我們熟悉的風扇不同,，長得像一個安裝在柱子上的大圓環(huán)，但空空的圓環(huán)里,，卻能吹出陣陣涼風,。可能很多人會好奇，沒有扇葉,，風是怎么吹出來的,？這是什么“黑科技”呢？今天,，我們就來揭曉無葉風扇的秘密,。
無葉風扇也有葉片？
如果你身邊正好有一臺無葉風扇,，可以靠近一些,，仔細觀察觀察。開機時,，大圓環(huán)內側的一圈縫隙中會吹出高速氣流,，下方底座上有一些氣孔，把手放在旁邊,，可以隱約感受到一股吸力,。種種跡象表明，空氣是被某種裝置從底座吸入,，然后再從環(huán)上的縫隙吹出來的,。其實，這個過程依賴于無葉風扇的核心——離心式壓氣機,。它可以將空氣瞬間吸入,，對空氣進行加壓，使其繼續(xù)向上方圓環(huán)內通道流動,。這些功能需要離心式壓氣機中的電機和葉輪配合實現,。葉輪？說到這兒,，也許有人會說,，原來無葉風扇只不過是把葉片都藏在里面了啊,？注意,，此葉片非同于彼葉片，它們有著不同的工作原理,。傳統的風扇葉片,，是靠曲面的形狀,，在轉動時將葉片附近空氣“切割”并向前推出，從而形成直接吹到我們身上的風,。一般家用風扇的葉片每分鐘能轉動1000圈左右,。而離心式壓氣機在工作時，內部葉輪在電機的帶動下每分鐘能轉50000圈,。更有甚者,，轉速能達到普通電扇的100倍！空氣在高速轉動葉輪的帶動下,，會因為離心作用從中心甩到邊緣,。葉輪將空氣吸入，流入處葉片間距小,，流出處葉片間距大葉輪中的葉片具有復雜的形狀,，由中心到邊緣各葉片的間距逐漸擴大。生活中我們知道,，巷子里的風要比大馬路上的強,。同樣，由于葉片間距的增大,，空氣在葉輪邊緣時的流速也會比在中心時更緩,。流速上的差異會帶來什么影響呢？大家可以取兩張紙,，做一個小實驗看看,。把兩張紙靠近，然后向中間吹一口氣,。你會發(fā)現,，紙并不會被吹向兩邊，反而會相互靠攏,。這個現象可以通過伯努利原理來解釋,。伯努利原理告訴我們，流速越大的地方,，壓強越小,。向兩張紙之間吹氣，中間的壓強就會降低,，因而紙張會被外側壓強更大的空氣推著靠近,。同樣，當葉輪內的空氣流到更為寬闊的邊緣區(qū)域時,，流速降低,，壓強增加，起到了加壓的效果,，從而使這部分空氣繼續(xù)被輸送至上方圓環(huán)的出風口,。類似吸入空氣并加壓的工作原理，也被運用在飛機和汽車發(fā)動機的渦輪中,。
風可以被放大,？
無葉風扇的葉輪都比較小，僅憑葉輪輸送的空氣,，往往不能提供足量的風量,。但很多商家聲稱自己的無葉風扇采用了“空氣倍增”技術，能將風量放大,。這又是怎么一回事呢,？上面說到，空氣被葉輪吸入,，然后被輸送至圓環(huán)內側的出風縫隙流出,。出來的高速氣流并不會到處亂飛，而是很聽話地貼著圓環(huán)內側表面快速流過,。從出風口流出的高速氣流,，會貼著圓環(huán)內表面流動這個現象叫做康達效應（Coanda Effect）。當快速流淌的氣體從一個平緩曲面上經過時,，會偏離原來的流動方向,，轉而貼附著曲面流過。日常生活中,，當你拿著調羹的背面貼近水龍頭流出的水流時,，原本豎直的水柱會被調羹“吸引”，變得彎曲,，這也是康達效應的體現,。因此，流速快的空氣被集中在了圓環(huán)內表面附近的區(qū)域里,。還記得前面說過的伯努利原理嗎,？由于流速大的地方壓強低，圓環(huán)區(qū)域和風扇后方區(qū)域會形成顯著的壓差,。在壓差的驅動下,，后方的大量空氣被壓進圓環(huán)區(qū)域，然后再向前噴出,。這樣一來,，風量就大大增加了。其實,，離心壓氣機輸送的加壓空氣，只占吹到我們身上風量的很小一部分,，但它起到了拋磚引玉的作用,。通過它制造的壓差,，能夠驅動數十倍體積的外部氣體提供足量的風。因此,，無葉風扇里的離心壓氣機的大小和功率都不需要很大,。
無葉風扇的優(yōu)缺點
由于工作原理的不同,，無葉風扇吹出的風不會像傳統風扇那樣有階段性的沖擊感,，而是柔和且平滑的，體驗感更加舒適,。對于傳統風扇,，家長們都會告誡小朋友，不要把手伸進風扇旋轉的葉片里,。無葉風扇沒有外露的葉片,，安全隱患較低，也方便日常清潔,。此外,，目前市面上還出現了集加濕、凈化,、熏香等多功能于一體的無葉風扇,。傳統風扇由于結構受限，很難做到這一點,。圖源：某品牌宣傳資料
但是,，無葉風扇也有一些缺點。最重要的一點,，就是貴,。有些無葉風扇的價格是普通風扇的數十倍之多，買一個無葉風扇,，都快趕上買一個空調了,。另外，根據許多朋友的使用體驗,，遠距離吹風體驗感會下降很多,，還會有噪音等問題。希望未來在各大廠家的努力下,，無葉風扇能更加物美價廉,，在炎炎夏日將舒適的自然風吹進千家萬戶。
作者：危安然,，應用工程師,，上海交通大學力學博士
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