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本帖最后由 cheng19850208 于 2011-5-20 11:25 编辑
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戴森公司(Dyson)在2009年10月12日推出了无叶片的风扇,发明家詹姆斯·戴森将该产品称之为“戴森空气倍加器”(Dyson Air Multiplier),据称,这种风扇利用流体力学原理可以使气流增强15倍,再以每秒118加仑的速度使空气从螺旋桨状的旋道排出。 f% H ?5 q# w K# V
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产品上市之前需要相应的专利布局工作,产品上市后才能得到当地法律的保护。因此戴森公司在2008年9月4日在中国申请了发明专利,申请号为200810177843.3,并引用了一系列2007申请的英国专利作为优先权。(大概是因为戴森公司的总部在英国吧)' {# c- q3 r2 @; {; H' r. O8 y! q
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0 K. Z; b& ^/ |- O! z 看看专利文献内容,我们来大致了解一下无叶风扇的核心技术和原理:(关于该产品的更详细介绍,请前去Dyson官网~)
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1、柯恩达(Coanda)表面和空气放大
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这是无叶风扇的圆环的横截面,标示14即为柯恩达表面,实际上就是能够产生柯恩达效应的物理表面。
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所谓柯恩达效应(Coanda Effect),又被叫做康达效应,指的是流体(水流或气流)有离开本来的流动方向,改为随着凸出的物体表面流动的倾向。当流体与它流过的物体表面之间存在表面摩擦时,流体的流速会减慢。只要物体表面的曲率不是太大,依据流体力学中的伯努利定律,流速的减缓会导致流体被吸附在物体表面上流动。简单说,就是遇到曲面后,水流或气流会改变原来的运动方向,转而随着曲面流动。
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维基百科中的例子能很好的说明这一现象:水向下流时,根据重力应当以图中黄色箭头的方向流下,但实际上,水流似乎摆脱了重力的束缚,继续沿着鸡蛋下表面流了一段时间。
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无叶风扇的这一柯恩达表面,能让气流从排气口(12)出来后继续沿着曲面前进。这一方面改变了气流的方面,使它能吹向使用者;另一方面,从排气口吹出的气流能将其周边的气流卷吸走,把小气流变为大气流,起到了空气放大器的作用。(关于空气放大器的原理,请参看http://www.brandjet.com.cn/p_nex_amplifier.htm)
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3 S+ D! e1 x: w7 N 这就是无叶风扇被称作“空气倍加器”的原因所在。2 V) z9 c' _1 K3 F/ d; b3 `( w+ {# p
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2、雷诺数
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空气被放大后,还需要解决一个技术问题,那就是从排气口(12)吹出气流的稳定性。如果主气流搅动很大,其卷吸的副气流也不会稳定,那么总气流也是不均匀的,这实际上就没能解决掉传统风扇风力不均的问题,产品的优势将大打折扣。, s6 k/ U- ^1 b+ F6 [) _; p
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这里又涉及到雷诺数。所谓雷诺数,是惯性力和黏滞力的比值。雷诺数较小时,黏滞力对流场的影响大于惯性力,流场中流速的扰动会因黏滞力而衰减,流体流动稳定,为层流;反之,若雷诺数较大时,惯性力对流场的影响大于黏滞力,流体流动较不稳定,流速的微小变化容易发展、增强,形成紊乱、不规则的紊流流场。也就是说,雷诺数决定了流体的稳定情况。一般管道流雷诺数<2100为层流状态,大于4000为湍流状态,2000~4000为过渡流状态。
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雷诺数的计算与流体路径的横截面积有关,那么,只要在排气口(12)的出口处(14)设置适当的宽度,就能很好的保证稳定的气流出来。 因此戴森公司通过大量实验,最终在专利文献中反映记录的优选是1mm到5mm到范围内,并将最终产品的排气口出口宽度定为1.3mm。
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