沒葉片更涼快--無葉風扇原理圖解

作者 | 發布日期 2014 年 08 月 09 日 0:01 | 分類 科技教育
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沒有扇葉還能叫做電風「扇」嗎?吹得出風來嗎?「無葉風扇」就是這樣神奇的新電器,一起來揭發其中的奧妙吧!

面對炎熱的夏天,你是否常常賴在電風扇前猛吹,手上還拿著扇子猛搧風呢?不論扇子或電扇,能讓你覺得涼爽的原因,都是讓空氣流動,加速帶走人體皮膚表面的汗液和熱氣。



扇子搧動時,推力會把空氣往下壓,被擠壓的空氣往四周流動而產生風。電風扇則是透過電力讓馬達轉動扇葉,此時靠近扇葉邊緣的空氣流速快、氣體壓力小,靠近軸心的空氣流速慢、氣體壓力大,空氣因而向電風扇邊緣外流動;另一方面,透過扇葉的形狀導引,扇葉表面的空氣沿著扇葉往前推進,電扇後方的空氣因氣流壓力關係,持續補充進來形成推進氣流。你下次試著到電風扇後方感受一下,可以感覺到有股吸力,不過小心別把頭髮吸進去了。

沒有扇葉的風扇

不過最近幾年,你可能在某些賣場看到過一種神奇又有趣的「無葉風扇」(正式名稱為「氣流倍增器」),它沒有扇葉,只有一個圓形或橢圓形的洞,卻能吹出強而有力的風,而且跟電風扇的風相比,它的氣流穩定而不會一陣一陣的,清潔起來又方便,還不用擔心不小心捲進頭髮或手指。

這種新產品是在 2009 年由英國發明家戴森(James Dyson)首次發表,它的外型包括一個圓柱型的基座,上面接著一個圓環或橢圓環形狀的出風口。這個圓環看似一個薄片,但其實內部是中空的,而且一邊厚一邊薄,這樣的形狀設計能增加白努利效應。

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無葉風扇運作時,基座內的馬達會先從邊緣的許多小孔吸入空氣,再把這些空氣向上推升到圓環內的中空管道,這個管道在較厚的那一邊,有一圈很窄的縫,空氣從縫中噴出;此時由於白努利定律,這些氣流會在圓環中間產生較低的氣壓,因而帶動圓環後方、上下周圍的空氣一起流入,朝著圓環前方吹。業者宣稱,基座吸入一分空氣,就可以吹出15~18倍的風量,而且因為沒有扇葉轉動干擾,產生的風比由扇葉轉動而產生的風更加柔順。

目前無葉風扇最大的缺點就是聲音太大,業者也正在針對這問題進行改良。可能的做法包括在基座的馬達下方設計共振腔,讓聲波在裡面反彈後稍微相互抵消,減低馬達的聲音,以及在環型的氣體通道內設計流線型隔板,減低風聲。相信安靜又穩定的電風「扇」,遲早能走進我們的生活。

 白努利定律

白努利定律由18 世紀的瑞士數學家白努利所提出,是流體力學中一個重要的定律(不只水流,氣流也算流體),描述的是流體的流速與壓力間的關係,簡單來說,在流體密度不變的情況下,如果流體流速變快,壓力就會變小(不過這兩個數字並不是簡單的反比關係)。

在日常生活中,很容易就能找到白努利定律的例子。比如在捷運或火車的月台上總會畫一條警戒線,不准候車的旅客超過,就是因為當列車進站時會帶動氣流,導致靠近列車處氣流流速較快而壓力較小,如果站得太近,就會被吸過去而引發危險。

你可以用一張白紙做個簡單的實驗,親身體驗白努利定律:

1. 把白紙對摺立在桌上。
2. 往中間小心的吹氣,你會發現白紙不但沒被吹跑,兩邊還向中間靠攏,這就是白努利定律。

(本文由 科學少年 授權轉載) 

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