无叶电风扇的结构和工作原理

无叶电风扇是近年来，上市的一款新型家电产品，它与传统的风扇相比，最大的特点是没有扇叶，外形新颖时尚，如图1所示。这种无叶电风扇最早是由美国Dyson公司推出的产品，外形相当简约，下面是一个底座，上面是一个出风框，出风框中间是一个空洞，没有扇叶和前后栏栅罩盖。由于该类风扇没有叶片，工作时运转噪音减小，同时其安全性也大为提高。

无叶电风扇的发明灵感源于空气叶片干手器。空气叶肝手器的原理是迫使空气经过-个小口来“刷”千手上的水。无叶电风扇也叫空气增倍机，其原理是让空气从一个约1mm宽、绕着圆环转动的切口中吹出来。由于空气是被强制从这一圆圈里吹出来的，通过的空气量可增到15倍，时速可高至35km/h。无叶电风扇靠持续的空气流动形成自然气流，如图2所示，使用者会感到气流柔和自然，而传统风扇是靠扇叶‘切割’空气形成气流，使用者会感到气流具有明显的周期性冲击感。

一、无叶电风扇的结构
无叶电风扇主要由下部的底座与上部的圆环组成，如图3所示，上面的圆环又称出风框，是该类风扇的重要组成部分。

底座与出风框通过卡口装配在一起，两者可以分离开。底座下方的小孔是进风口，是吸入空气的地方。底座内部如图4所示，其上方是一个扇叶水平旋转的风扇，常称其为涡轮风扇。空气进人底座后，涡轮风扇对空气增压将其吹进出风框内。

出风框虽外形像一个大圆环，但它并非一个简单的圆框，而是一个有特殊构造的空腔，腔体朝着送风的正方向较薄，且完全封闭，反方向较厚，金属片包裹了一圈后留出约1mm的缝隙，这条缝隙就是出风口，其横截面如图5所示。

提示：当在正常的黏度、温度和气压等条件下，空气经过约1mm宽的缝隙时，刚好可以让吹出的气流保持平稳，不会发生紊乱现象。
二、工作原理分析
无叶电风扇的工作过程主要分为以下3个步骤:
1.吸入
开机后，涡轮风扇运转，将底座旁的空气吸进来，并增压后吹出，形成一定气流的空气进人出风框的内部空腔中。
2.加速
气流不断送人出风框的腔体内，积聚到-定程度就会超过腔体外的正常气压，于是形成风。而前端狭窄后端宽厚的腔体会迫使内部气流朝后端更宽阔的空腔运动，不断“相互挤压”的空气最后只能从细小的狭缝中高速“泄漏”出去，如图6所示。

3.增强
当有一束气流急速通过时，它会拉扯周围的空气，让它们跟着气流一起运动，这就是空气动力学中所说的雾沫夹带现象。具体到无叶电风扇而言，当气流从约1mm宽的细缝中高速吹出时，它将夹带着周边的空气一起向前。
由于出风框内的空气都向前运动，则出风框后的气压会降低，这将导致后方更多的空气加入，以平衡气压，最后的结果就是风扇背面的空气从后向前补充进来，加强了中心送风效果，如图7所示，这种现象称为诱导现象。

另一方面，出风框外围的空气也会因为气流造成的负压一齐补充进来从而拓宽吹风的范围，如图8所示，这种现象称为夹卷现象。

通过空气诱导和夹卷;各种气流叠加，就会形成数倍于底座吸收空气能力的送风效果。出风框截面的气流示意图如图9所示，可见风扇的风量被显著放大，达到涡轮风扇吸入空气量的数倍甚至数十倍(家用无叶电风扇约为15倍)，因此该类风扇又被称为空气增倍机或空气放大器(Air Muliplier)。

综上所述，无叶电风扇摆脱了传统风扇纯粹依靠电动机带动扇叶直接送风的模式，而是在扇叶出风后再添加一道环节，通过改变气流运动路线，达到更理想的送风效果。同时这项发明还告诉人们:只要勇于设想，并主动尝试从另一个角度去思考，生活中有很多细节是可以不断得到优化完善的。