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戴森无叶风扇如何工作

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在2009年10月,詹姆斯·戴森(James Dyson)的家用电器公司,以其吸尘器系列而闻名,推出了一款名为戴森Air Multiplier的新设备。Air Multiplier是一款具有不同寻常特点的风扇:没有可见的叶片。它似乎只是一个安装在底座上的浅圆管。

此后,戴森扩展了其空气处理产品系列,这些产品使用相同的无叶风扇技术,现在还包括空气净化功能。其中一些还可以作为干燥房间的加湿器使用,还有一些可以同时作为加热器和空气循环风扇。

但仅仅看着这些设备,你不会期望感受到从中传出的温暖或凉爽的微风。眼前没有移动的零件。但当它们启动时,你会感到吹来的空气。那么它们是如何工作的呢?一个开放的圆环如何在没有风扇叶片的情况下推送空气?

正如你可能想象的那样,这里涉及一些科学原理。还涉及电子元素。虽然管内没有任何叶片,但风扇的底座内含有一个无刷电动机,它吸入空气并将其送入圆形管道。空气沿着设备内部流动,直到到达管道内的一个缝隙。这提供了产生微风的基本气流,当你站在风扇前时就会感受到。

戴森称这些设备产生的微风比带有叶片的标准风扇更一致和更稳定。由于没有旋转的叶片,风扇的微风不会以短暂的气流阵风来打击你。

Air Multiplier的工作机制

将戴森Air Multiplier称为无叶风扇或许有点误导性。它们确实有叶片,只是你看不到,因为它们隐藏在底座内部。一个电动机旋转着九个不对称排列的叶片,将空气引入设备。据戴森称,最新版本的设备每秒可以投射超过77加仑的空气,以进行冷却气流。

空气流通过机器的背面。但风扇是如何使得进入底座的空气量增加的呢?这归结为物理学。尽管大气是气体的,但气体遵循流体动力学的物理定律。当空气通过圆形管道的缝隙流过并从风扇前部流出时,风扇后面的空气也被抽入管道内。这被称为感应。电动机推动的流动空气诱导风扇后面的空气跟随。

风扇边缘周围的空气也会开始朝着微风的方向流动。这个过程称为诱导。通过感应和诱导,戴森声称其风扇使气流输出增加了15倍于通过底座电动机吸入的量。然而,戴森的这种独特风扇并没有完全克服一个问题。接下来你将看到,为什么在制作第二个版本时,戴森改变了Air Multiplier的设计。

增强气流,降低噪音

尽管原始的戴森Air Multiplier拥有前沿的概念,但它确实存在一个显著的缺陷,即噪音较大。戴森注意到了这一点,并决定重新设计其风扇的第二代。

为此,公司进行了一笔巨额的投资。戴森投入了超过6千万美元进行研究,并指派了65名工程师参与项目。他们共同创建了640个原型,并申请了数百项专利,逐渐微调每个设计,以调查这个奇特风扇内部空气的运动。

可以想象,噪音问题的一部分源于湍流。原始的Air Multiplier将空气吸入其底座,然后在底座中胡乱弹跳,制造混乱...和噪音。为了准确定位这个噪音,研究人员将风扇放置在一个隔音室内,配备10个麦克风,监听每一个旋转和嗡鸣声。

然后,他们制作了半透明的原型,并通过设备传递紫外线颜料和烟雾。高速摄影机提供了逐帧播放,为他们提供了关于空气聚集和引起骚动的地方的视觉线索。

戴森的工程师通过在风扇底座中集成Helmholtz腔室来解决湍流问题。如果你曾经将海贝贝靠近耳朵,或者在玻璃瓶口吹气,你就经历过这些腔室的效果,声音在坚硬表面上反弹和滑动。

当然,Helmholtz腔室会制造噪音。找出这些腔室的工作原理,然后就可以控制噪音。通过在Air Multiplier底座中添加某种形式的Helmholtz腔室,工程师增加了空气压力,最终这些腔室开始充当减噪器。

汽车制造商对Helmholtz腔室的原理非常熟悉。在减少排气系统噪音时,他们会操纵这些原理。在Air Multiplier的情况下,工程师基本上调整了这些腔室,以特定地消除人类尤其讨厌的1,000赫兹范围内的声音。

他们的努力(以及堆积如山的研究资金)取得了成功。据戴森称,第二代风扇比其前身安静了75%。由于空气在整个Air Multiplier中更为顺畅和高效地流动,戴森能够减少电机的功率。他们表示新型电机所需的电力减少了40%。

由于其静音性能,噪音减轻协会于2014年授予第二代Air Multiplier“Quiet Mark”奖。该奖项授予那些对不必要噪音污染进行限制的产品。

不仅限于冷却空气

如今,戴森已经将Air Multiplier的功能扩展到远远超出吹送凉爽空气的范畴。Dyson Cool是一款忠于其Air Multiplier根源的风扇。但新型号还在底座中配备了HEPA过滤器,据该公司称,通过捕捉99.95%的污染物,包括甲醛,创造出更为清洁的空气,提高了50%。

购物者可以选择一款既能加湿、净化和冷却房间的设备,也能净化、加热和冷却房间的设备。作为21世纪的产物,其中许多设备可以连接到家庭Wi-Fi,并兼容您的语音助手。

所有这些技术都不便宜,带有空气净化器的风扇起价约为400美元。风扇的功能越多,价格就越高,一些型号的价格约为1,000美元左右。

毫无疑问,戴森Air Multiplier是一项引人注目的发明。它的时尚设计和创新技术在推出时引起了博客界的轰动。也许在未来,我们的风扇都不会再有可见的叶片。

翻译及转载自https://electronics.howstuffworks.com/gadgets/home/dyson-bladeless-fan.htm?srch_tag=uruivx7n7kiue65bw2b2bjhm4ffj34uu

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