戴森无叶风扇工作原理详解及其常见问题

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戴森无叶风扇工作原理详解及其常见问题

一、戴森空气处理风扇的类型

戴森如今提供多种类型的空气处理风扇,包括可制冷和制热的风扇,还有兼作加湿器的风扇。

2009年10月,以真空吸尘器系列闻名的詹姆斯·戴森(James Dyson)的消费电子公司向市场推出了一款名为戴森空气倍增器(Dyson Air Multiplier)的新设备。空气倍增器是一种具有独特特征的风扇:没有可见的扇叶。它看起来就像是安装在基座上的一个浅圆管。

自那以后,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,现在还具备空气净化功能。其中一些还可作为干燥房间的加湿器使用,有些则兼具加热器和空气循环风扇的功能。

但是仅看这些设备,你不会料到会感受到从它们那里吹来的暖风或凉风。视野内没有活动部件。但是当它们开启时,你能感受到吹出的空气。那么它们是如何工作的呢?一个开口的圆管没有扇叶是如何推动空气的呢?

正如你可能想象的那样,这里涉及到一些科学原理。也有一个电子元件的因素。虽然圆管内部没有扇叶,但风扇的基座包含一个无刷电机,它吸入空气并将其送入圆管。空气沿着设备内部流动,直至到达管内的一个狭缝。这提供了基本的气流,如果你站在风扇前就能感受到微风。

据戴森称,这些设备产生的微风比传统有叶风扇产生的风更稳定、更持续。由于没有旋转的扇叶,风扇吹出的微风不会用短促的气流冲击你。

二、空气倍增器的工作原理

将戴森空气倍增器称为无叶风扇可能有点误导。它们其实是有扇叶的;只是因为隐藏在基座内部所以看不到。一个电机旋转九个不对称排列的扇叶将空气吸入设备。据戴森称,最新款每秒可吹出超过77加仑的空气用于制冷气流。

气流被引向机器的后部。但是风扇是如何使进入设备基座的空气量倍增的呢?

这归结于物理学原理。虽然大气是气态的,但气体遵循流体动力学的物理定律。当空气流过圆管的狭缝并从风扇前面吹出时,风扇后面的空气也会被吸入圆管。这被称为诱导(inducement)。由电机推动的流动空气诱导风扇后面的空气跟随流动。

风扇边缘周围的空气也将开始朝着微风的方向流动。这个过程被称为夹带(entrainment)。通过诱导和夹带,戴森声称其风扇将气流输出量增加到通过基座电机吸入量的15倍。

三、增加空气量与降低噪音

戴森的工程师们不辞辛劳地使空气倍增器变得安静。第二代空气倍增器(如图所示)比其前代产品安静75%。

尽管其概念先进,但最初的戴森空气倍增器确实有一个明显的缺陷。它不是很安静。戴森注意到这一点并决定改进第二代风扇。

这样做需要公司进行大量投资。戴森投入了超过6000万美元进行研究,并指派65名工程师参与该项目。他们共同制造了640个原型,申请了数百项专利,对每个设计进行更多的微调,以研究他们奇特风扇内部的空气流动。

可以想象,噪音问题部分源于湍流。最初的空气倍增器将空气吸入其基座,空气在基座内随意反弹,造成混乱……和噪音。为了确定噪音来源,研究人员将风扇放置在隔音室中,用10个麦克风监听每一个呼呼声和嗡嗡声。

然后他们制造了半透明的原型,并让紫外线涂料和烟雾通过设备。高速摄像机提供逐帧回放,为空气聚集并造成喧闹的位置提供视觉线索。

戴森的工程师通过在风扇基座中集成亥姆霍兹腔(Helmholtz cavities)解决了湍流问题。如果你曾经把贝壳放在耳边或者对着玻璃瓶口吹气,你就体验过这些腔体的效果,声音在坚硬表面上反弹和滑行。

亥姆霍兹腔当然会产生噪音。确切弄清楚这些腔体的工作原理,然后你就可以控制噪音。通过在空气倍增器的基座中添加各种亥姆霍兹腔,工程师们增加了气压,最终这些腔体开始起到消音器的作用。

汽车制造商非常熟悉亥姆霍兹腔的原理。他们利用这些原理来优化排气系统的静音效果。就空气倍增器而言,工程师们基本上调整了腔体,专门消除1000赫兹范围内的声音,人类往往觉得这个频率范围的声音特别恼人。

他们的努力(以及大量的研究资金投入)得到了回报。据戴森称,第二代风扇比其前代产品安静75%。而且由于空气在整个空气倍增器中更顺畅、更高效地流动,戴森能够减小电机的功率。他们表示新电机所需功率降低了40%。

由于其静音效果,降噪协会(Noise Abatement Society)在2014年授予第二代空气倍增器“静音标志”(Quiet Mark)奖。该奖项授予那些抑制不必要噪音污染的产品。

四、超越制冷空气

戴森纯热 + 冷净化器(Dyson Pure Hot + Cool purifier)使用相同的空气倍增器技术来捕捉超细污染物,并在整个房间内循环净化和加热后的空气。

戴森现在已经将空气倍增器的功能扩展到远远不止吹冷风。戴森酷风扇(Dyson Cool)是一款忠实于空气倍增器原理的风扇。但新型号的基座中也有高效空气过滤器(HEPA filters),据该公司称,通过捕捉99.95%的污染物(包括甲醛),可使空气清洁度提高50%。

消费者可以选择能够加湿、净化和冷却房间的设备,或者能够净化、加热和冷却房间的设备。在21世纪,这些设备中的许多都可以连接到家庭Wi-Fi,并且可以与语音助手兼容。

这种技术都不便宜,带有空气净化器的风扇起价约为400美元。风扇功能越多,价格越高,一些型号的价格约为1000美元。

毫无疑问,戴森空气倍增器是一项引人注目的发明。它时尚的设计和创新的技术在推出时就在博客圈引起了轰动。也许在未来,我们的风扇都将不再有可见的扇叶。

五、戴森无叶风扇常见问题解答

1. 戴森风扇能冷却空气吗?

戴森风扇实际上不像空调那样冷却空气。由于它们产生的平稳气流,它们通常会使房间感觉更凉爽。所以在让你凉快下来方面,它们比传统风扇效果更好,但在炎热的日子里它们不能替代空调。

2. 戴森风扇耗电量大吗?

不,戴森风扇实际上非常节能,所以它们会让你感到舒适而不会增加你的电费。

3. 哪一款戴森塔式风扇最好?

如果你只是在寻找一款风扇来让自己凉快而不需要净化空气(这样可以为你节省几百美元),戴森酷塔式风扇(AM07)可能是你的最佳选择。

4. 无叶风扇更好吗?

一款高质量的无叶风扇更安静、更强劲、使用更安全、耗电量更少,而且说实话,作为放在客厅一年365天的风扇,外观也更好看。

5. 戴森无叶风扇是如何工作的?

虽然它被称为“无叶”风扇,但戴森风扇实际上是有扇叶的——它们只是隐藏在支架内部。一个电机旋转不对称排列的扇叶来吸入空气,空气通过基座中的通道向上到达圆管,圆管就像一个斜坡。空气沿着这个斜坡流动,斜坡弯曲并在风扇背面的狭缝处结束。然后,空气沿着圆管内部表面向前流向风扇的正面。

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