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自制无叶风扇
DIYer: Otto Belden
制作时间: 一天
制作难度: ★★★☆☆
GEEK指数: ★★★☆☆

编译来源:

风扇原理

制作过程

 
 

1   风扇原理

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当在电视上看到戴森无叶风扇之后,我就打算自行来一个。它的外形看起来超级的简洁,不是么?可惜的是定价太高了些。在自行动手制作全尺寸的无叶风扇之前我打算先从小一些的模型开始,这样会更简单。毕竟以我的制作经历来说,一开始就投入大量精力并不合算,因为很难在最初就确定自己的设计完美无误。

网上流传着有一个视频,发明家戴森爵士讲解了一个没有扇叶的风扇要怎样工作。

看到戴森风扇的第一眼就能感觉它与传统的风扇看起来完全不同。外表看起来没有可移动的部分,也没有通常看到的扇叶,只有一个巨大的O形圆环连接到下面的基座上。但是这样的“风扇”是如何吹出阵阵清风的呢?

在戴森风扇简洁外形的背后有着先进的技术。它的工作方式与飞机机翼类似,中空O形圆环的横截面类似机翼的翼型,可以看作横放的机翼。事实上它有着称做混流叶轮的风扇叶片,但是被隐藏在圆柱基座中所以无法直接看到。这个风扇将空气泵向上方,每秒可以吹出5.28加仑空气,它使用了非常有效率的无刷电机,并且用上了喷气发动机和涡轮增压器的设计原理来提高工作效率。

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空气到达圆环之后在圆环内部加速并被引导通过圆环一侧的空隙向前吹出,由于圆环的形状在出气缝背面,也就是圆管外侧产生负压,圆管后的空气因此被被驱使着向前推动。这一过程被称为Coanda效应,诱导产生的气流具有圆形的横截面。同时气流也会通过粘滞力带动圆环中的空气向前运动。两种效应叠加的结果使实际吹出的空气量为流过基座空气量的整整15倍。

 

2   制作圆环

比起自己重新研究如何加工特定形状的圆环,我更希望能找到一些已经有着大致形状的材料。所以我在附近的一元店徘徊,直到看到了一些便宜的塑料水杯(一个1美元)!我买了两个直径4英寸(约10厘米)的塑料水杯和一个玻璃酒杯,合起来才3美元。酒杯直径也是4英寸,具有平滑的曲线表面,这吸引了我的注意。

这里有个制作过程的视频:

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在上面的图片里可以看到左边的蓝色塑料杯上画了一条绿线。这是step1,因为我在这条线的位置上切开了一个塑料杯,来获得图中间所示的蓝色塑料环。图上的这个塑料环形状不是很正确,可以看到它的直径从上到下先变小再变大。按照正确的切割方式,塑料环切下来以后直径应该像上图左边示意的那样那样逐增大。

接下来需要的是将step1中切下来的蓝色塑料环从尾部套进酒杯(看图的右边,step2-3),然后尽可能向下套紧。记得用皮手套保护自己的手。我用热风枪慢慢吹软塑料环,然后小心的将塑料环的底部套紧在酒杯上并维持流线形状。由于之前塑料环的形状不很正确,用酒杯做模具调整塑料环的形状是很有必要的。

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将塑料环加工完以后,在透明塑料杯上切下一个高度略高于蓝色塑料环的透明塑料环,它和塑料环连接组成的空心圆环是无叶风扇真正重要的部分。尝试将透明塑料环从小头套到蓝色塑料环上,刚好套入的话表明尺寸选择正确。套紧的一端要用强力胶封死。

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下一步里需要找一片颜色不限的1/8英寸(约0.3厘米)厚塑料板材,这一个部件包括两个粘在一起的同心圆环。外面的圆环直径和透明塑料环一样,最后会粘到透明塑料环上并密封。中间的圆环需要比蓝色塑料环的内径稍微小一点,并且能够套入蓝色塑料环中。但是整个同心圆部件并不与蓝色塑料环接触,它与蓝色塑料环的间隙将会形成一个圆环内部到外部的出气缝隙,并将流出气流方向反向。用强力胶将塑料环粘到同心圆部件上,并打磨粘结处使接触处光滑过渡。

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粘贴的时候要把同心圆内环和蓝色塑料环尽可能对齐,使缝隙的大小均匀。我用的强力胶像是强力胶和橡胶水泥的混合物,黏糊糊的,看起来很适合填补裂缝和空隙。但是这个胶会导致龟裂,并且固化时胶沫飞溅使塑料上像是溅了白色的雪花,胶沫到处都是。好在这个项目重点在功能,美学上的缺点就睁只眼闭只眼吧。所有的粘结处都要保证气密。

这时候可能需要修整一下透明塑料环和同心圆部件,才能使两者直径相同并气密粘合。我在透明塑料环的一侧钻了一个洞用来进气,蓝色塑料环和底部粘上的同心圆部件之间这时应该有一个极小的环形气隙用来出气。

 

3   制作底座

找一个直径适合装在先前透明塑料环上的厚纸管,在纸管中安装一个小型的电脑风扇用来给圆环提供空气。将圆管的一端和透明塑料环上开好的圆洞连接并粘牢。

 

4   测试风扇

这里有一个风扇运作的视频,在视频里你可以看到风扇周围的气流流动和它的工作状态。

视频里的圆管位于中心,卡纸管则从顶部伸向下方。你可以看到圆管中的空气向右流动,然后左侧的空气补充入环中。同时也可以看到在卡纸管和圆环的接触处那里有一些气流泄漏。

这是我拍摄的另一个测试视频,在视频结束时可以看到气流的变化,因为我在气流中加入了用来示踪的惰性气体。

从我的观察来说它工作的相当棒。环内吹出的空气并不多,但是这已经足以让我坚定信心做更大尺寸的风扇。从气流的角度来说同纸管里的电脑风扇相比并出气量没有明显增大,这并不奇怪,因为轴流风机(比如电脑风扇的叶片)在减小阻力和背压上效果并不算好。真正的无叶风扇应该使用有叶轮的离心风扇,这样才能推动大量空气从圆环上的小缝中吹出。这将是我未来的计划,那时候也不会再用纸筒这样的临时材料了,不会漏气可真是好事。

 

5   DIYer签到处

 
编辑: 秦皇汉武

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The End

发布于2012-03-08, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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叶子疏

微电子专业硕士研究生,DIY爱好者

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