无叶风扇的风，到底是从哪儿来的呢？

上海科技馆

2023-08-15 18:22发布于上海上海科技馆官方账号

炎炎夏日，不可或缺的降暑神器莫过于空调和风扇了。但空调开久了，会让人产生闷的感觉，所以比起空调，有些人更喜欢风扇的自然风。

近几年，市场上出现了一类相貌奇特的风扇——无叶风扇。它跟我们熟悉的风扇不同，长得像一个安装在柱子上的大圆环，但空空的圆环里，却能吹出阵阵凉风。

你有没有体验过无叶风扇呢

图源：知乎@卡卡聊家电

可能很多人会好奇，没有扇叶，风是怎么吹出来的？这是什么“黑科技”呢？今天，我们就来揭晓无叶风扇的秘密。

无叶风扇也有叶片？

如果你身边正好有一台无叶风扇，可以靠近一些，仔细观察观察。开机时，大圆环内侧的一圈缝隙中会吹出高速气流，下方底座上有一些气孔，把手放在旁边，可以隐约感受到一股吸力。

种种迹象表明，空气是被某种装置从底座吸入，然后再从环上的缝隙吹出来的。其实，这个过程依赖于无叶风扇的核心——离心式压气机。它可以将空气瞬间吸入，对空气进行加压，使其继续向上方圆环内通道流动。这些功能需要离心式压气机中的电机和叶轮配合实现。

离心式压气机可以源源不断地将空气吸入并加压输送

图源：某品牌宣传资料

叶轮？说到这儿，也许有人会说，原来无叶风扇只不过是把叶片都藏在里面了啊？注意，此叶片非同于彼叶片，它们有着不同的工作原理。

传统的风扇叶片，是靠曲面的形状，在转动时将叶片附近空气“切割”并向前推出，从而形成直接吹到我们身上的风。一般家用风扇的叶片每分钟能转动1000圈左右。

而离心式压气机在工作时，内部叶轮在电机的带动下每分钟能转50000圈。更有甚者，转速能达到普通电扇的100倍！空气在高速转动叶轮的带动下，会因为离心作用从中心甩到边缘。

叶轮将空气吸入，流入处叶片间距小，流出处叶片间距大

图源：某品牌宣传资料

叶轮中的叶片具有复杂的形状，由中心到边缘各叶片的间距逐渐扩大。生活中我们知道，巷子里的风要比大马路上的强。同样，由于叶片间距的增大，空气在叶轮边缘时的流速也会比在中心时更缓。流速上的差异会带来什么影响呢？

大家可以取两张纸，做一个小实验看看。把两张纸靠近，然后向中间吹一口气。你会发现，纸并不会被吹向两边，反而会相互靠拢。

拿两张纸做一个伯努利原理的小实验

图源：网易@科学鱼

这个现象可以通过伯努利原理来解释。伯努利原理告诉我们，流速越大的地方，压强越小。向两张纸之间吹气，中间的压强就会降低，因而纸张会被外侧压强更大的空气推着靠近。

同样，当叶轮内的空气流到更为宽阔的边缘区域时，流速降低，压强增加，起到了加压的效果，从而使这部分空气继续被输送至上方圆环的出风口。类似吸入空气并加压的工作原理，也被运用在飞机和汽车发动机的涡轮中。

风可以被放大？

无叶风扇的叶轮都比较小，仅凭叶轮输送的空气，往往不能提供足量的风量。但很多商家声称自己的无叶风扇采用了“空气倍增”技术，能将风量放大。这又是怎么一回事呢？

上面说到，空气被叶轮吸入，然后被输送至圆环内侧的出风缝隙流出。出来的高速气流并不会到处乱飞，而是很听话地贴着圆环内侧表面快速流过。

从出风口流出的高速气流，会贴着圆环内表面流动

图源：@ElectricUtopia

这个现象叫做康达效应（Coanda Effect）。当快速流淌的气体从一个平缓曲面上经过时，会偏离原来的流动方向，转而贴附着曲面流过。日常生活中，当你拿着调羹的背面贴近水龙头流出的水流时，原本竖直的水柱会被调羹“吸引”，变得弯曲，这也是康达效应的体现。

因此，流速快的空气被集中在了圆环内表面附近的区域里。还记得前面说过的伯努利原理吗？由于流速大的地方压强低，圆环区域和风扇后方区域会形成显著的压差。在压差的驱动下，后方的大量空气被压进圆环区域，然后再向前喷出。这样一来，风量就大大增加了。

压差驱动外部更多气流运动，产生更大的风

图源：@ElectricUtopia

其实，离心压气机输送的加压空气，只占吹到我们身上风量的很小一部分，但它起到了抛砖引玉的作用。通过它制造的压差，能够驱动数十倍体积的外部气体提供足量的风。因此，无叶风扇里的离心压气机的大小和功率都不需要很大。

叶轮仅需吸入少量空气，便能产生大量的风

图源：@ElectricUtopia

无叶风扇的优缺点

由于工作原理的不同，无叶风扇吹出的风不会像传统风扇那样有阶段性的冲击感，而是柔和且平滑的，体验感更加舒适。

对于传统风扇，家长们都会告诫小朋友，不要把手伸进风扇旋转的叶片里。无叶风扇没有外露的叶片，安全隐患较低，也方便日常清洁。此外，目前市面上还出现了集加湿、净化、熏香等多功能于一体的无叶风扇。传统风扇由于结构受限，很难做到这一点。

图源：某品牌宣传资料

但是，无叶风扇也有一些缺点。最重要的一点，就是贵。有些无叶风扇的价格是普通风扇的数十倍之多，买一个无叶风扇，都快赶上买一个空调了。另外，根据许多朋友的使用体验，远距离吹风体验感会下降很多，还会有噪音等问题。

希望未来在各大厂家的努力下，无叶风扇能更加物美价廉，在炎炎夏日将舒适的自然风吹进千家万户。

作者：危安然，应用工程师，上海交通大学力学博士

编辑：小叮当

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