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为什么高端风扇的送风更接近自然风

放大字体  缩小字体 2021-06-09 17:03:10 来源:中关村在线
为什么高端风扇的送风更接近自然风
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  应对炎炎夏日,你喜欢空调的风,电风扇的风,还是自然界的风?

  很多人都通过空调把室温降下来,而我家的空调并未常开,反而一直沿用着从1880年发明至今的电风扇。

  对风扇的挑剔让我执着于对风的感知。你能通过触觉感受到风是否舒爽,通过听觉感受风是否嘈杂,这也正是很多风扇厂商更迭产品时不断攻克的两个技术方向。

01为什么自然界的风更舒服?

  想象一下,夏季室外的阴凉处,迎面而来的微风和风扇直吹过来的风谁让你更舒适?相信大部分都会选择自然风。

  体感的区别之一是风速。自然风瞬息万变,微风的风速比电风扇最低档位还要弱,但强风比电风扇最高档还要高。

  区别之二是吹拂的面积。空旷的室外风是大面积移动的气流,整个人都包裹其中。而电风扇的风,吹拂到人体上面积是有限的。

  更重要的是区别之三,两者风的气流是不同的。电风扇通过电机带动螺旋桨旋转,流体呈现旋涡状,而自然界的风是水平移动的气流。

  综合三个区别,自然风在体感上肯定是要更舒适的。

02电风扇能否模拟自然风?

  你现在可以做一个小实验,把电风扇的风对着墙面吹,让风通过墙面反射之后吹拂到你身体上。是否感受到此时的风更像是自然风?

  电风扇的排出的漩涡风,在撞击墙壁之后,漩涡受到破坏,反方向送出更大面积移动的空气流,与自然风十分的接近。

  那总不至于买风扇送一面墙吧?如果能让电风扇产生两种速度的风,让两种流体相互协作,是不是也可以达到扩大风面积的效果呢?

  确实如此,我们现在看到一些高端风扇上采用的“95扇叶”果岭风就是源自这种启发。当电风扇用上两组不同的扇叶之后,两种风速不同的风向前送出时,内侧风扇送出的空气量将变小,外侧风扇送出的大量空气作为内侧空气的补充,被吸入内侧。最终两股流体在某一个点相互碰撞。碰撞之前都是漩涡轨迹,碰撞之后漩涡破坏形成了大面积的扩散,推送到更远的地方。相关的研究数据表明,这样的风的扩散是传统风扇的四倍之多。

  究竟怎样的扇叶组合才能实现模拟自然风的效果呢?研究人员经过长时间的测试,发现外九内五(外侧9扇叶、内侧5扇叶)的组合,让两者风速差达到1.8倍时,在扇叶大小和运行效率上可以达到最佳匹配的状态。

  风的面积问题解决了,自然风的“瞬息万变”要如何模拟呢?无刷直流电机技术的出现,很好的解决了这个问题。传统风扇都是固定档位的,但无刷直流电机几乎可以实现无级变速,高精度的控制让档位之间的切换十分顺滑,而且这种电机的能耗还特别低,相当于传统电风扇的五分之一。

03用NASA研究航天器的技术,来实现电风扇的低噪与高效

  无论是航天飞机、跑车、舰船还是今天提到的电风扇,它们在高速移动中都必须克服流体阻力,才能实现效率上的突破。而这一切的答案都在仿生学当中可以寻得。比如鸟儿的翅膀,鲨鱼的鱼鳍都有一种特殊的流线形态,在仿生学中被称为“翼断面”,这种亿万年进化的形态,在流动中的阻力比普通形态的风阻减少了176倍。

  当然最早大面积运用“翼断面”设计的,还属NASA在航天器上的运用。

  后来我们在高端电风扇的叶轮上也看到了翼断面的形状。在送风量相同的情况先,空气阻力有了非常明显的下降,而且风阻所产生的噪音也明显降低了。它所吹出的风,自然也更柔和。

04所以,电风扇怎么挑选你懂了么?

  我们可以简单的总结一下:

  1、通过内外双扇叶(95扇叶)的设计,来扩大风的面积。(此处也有不同的解决方案,比如加装静子叶片来破坏漩涡气流,让风机出口更接近层流,弊端是气流过于集中,风感太明显,而扩大静子叶片也会让风扇体积增大。)

  2、通过无刷直流电机来实现风的无级变速。

  3、通过“翼断面”仿生设计,来降低风阻、降低噪音。

  这三者的共同作用,能让电风扇送出更接近自然风的感觉。

  当然,现代风扇设计还有很多妥协之处,比如为了美学而妥协的风扇扇叶大小,为了噪音而妥协的功率大小。毕竟它的存在也因当是融入家居环境之中的。

05塔扇和无叶风扇值得购买吗?

  首先说说塔扇,身材苗条圆筒状,通过涡轮旋转后造成风压产生离心式风力,最后经过内部导风壁将风力传送出去。它所产生的气流形态比较接近自然风的水平移动气流,但却只能吹出细长的一道垂直地面的“风幕”,出风面积不及落地风扇,所以它只能靠不停地摇头来扩大送风角度。

  这样的运行原理决定了它的运行效率和噪音控制很难优化到高端落地风扇的水准。涡轮旋转把风“甩”出来的形式,空气难免会在狭窄的机身空间里和外壳发生多点碰撞,能耗损失大,出风的效率降低,噪音也会增大。

  当然,如果家里有小孩,塔扇没有扇叶相对安全。另外它占地面积小,小户型且对风量没有太高要求的用户可以购买。

  而作为“网红”无叶风扇,相信大家了解的都比较多了。以戴森无叶风扇为例,“无叶”并非凭空出风,而是内部藏着一颗“空气压缩机”,利用涡轮叶片的旋转,从底部进气孔吸入空气并增压,之后排向上部圆环的中空部分,并从圆环边缘的细缝高速流出,最终形成吹向我们的气流。

  无叶风扇的风扇巧妙的利用了伯努利原理(流速越快,流体压强越小),当圆环同时射出高速气流时,内圈会产生负压,迫使后方的空气流入环内。而圆环的设计也沿用了上文介绍的“翼断面”来减少风阻,增加流速。负压和喷射气流力的叠加下,向前喷射的风量确实有所增强。

  但叠加的效果也不会无限放大,始终要遵循能量守恒原理,能量的来源是细缝中射出的气流,所以电机越强劲,风量风速都会成线性递增。

原标题:为什么高端风扇的送风更接近自然风

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