Woher kommt der Wind eines flügellosen Ventilators?

In manchen Teilen des Landes ist es noch immer heiß und feucht und zur Abkühlung sind Klimaanlagen und Ventilatoren unverzichtbar. Wenn die Klimaanlage jedoch über einen längeren Zeitraum eingeschaltet ist, entsteht bei den Menschen ein stickiges Gefühl, weshalb manche Menschen den natürlichen Wind eines Ventilators einer Klimaanlage vorziehen. In den letzten Jahren ist ein Ventilatortyp mit eigenartigem Aussehen auf den Markt gekommen: der flügellose Ventilator. Er unterscheidet sich von den Ventilatoren, die wir kennen. Es sieht aus wie ein großer Ring, der auf einer Säule montiert ist, aber aus dem leeren Ring kann eine kühle Brise herausströmen.

Haben Sie schon einmal einen flügellosen Ventilator erlebt?

Bildquelle: Zhihu @卡卡聊家电

Viele Menschen fragen sich vielleicht, wie Wind ohne Ventilatorflügel erzeugt werden kann. Was ist diese „schwarze Technologie“? Heute lüften wir das Geheimnis flügelloser Ventilatoren.

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Haben flügellose Ventilatoren auch Flügel?

Wenn Sie zufällig einen flügellosen Ventilator in der Nähe haben, können Sie näher herangehen und ihn sorgfältig beobachten. Wenn der Strom eingeschaltet wird, strömt ein Hochgeschwindigkeitsluftstrom aus dem Spalt im Inneren des großen Rings. Unten am Boden befinden sich einige Luftlöcher. Wenn man die Hand daneben hält, spürt man leicht eine Saugkraft. Alles deutet darauf hin, dass die Luft durch eine Vorrichtung von der Basis angesaugt und dann durch die Lücken im Ring ausgeblasen wird. Tatsächlich basiert dieser Prozess auf dem Kern des flügellosen Ventilators – dem Radialverdichter . Es kann sofort Luft ansaugen, sie unter Druck setzen und sie weiter in den Kanal im darüber liegenden kreisförmigen Ring strömen lassen. Diese Funktionen erfordern die Zusammenarbeit von Motor und Laufrad im Kreiselkompressor.

Kreiselkompressoren können kontinuierlich Luft ansaugen und für den Transport unter Druck setzen

Bildquelle: Werbematerialien einer bestimmten Marke

Laufrad? An dieser Stelle könnten einige Leute sagen: „Es stellt sich heraus, dass ein flügelloser Ventilator einfach nur ein Ventilator ist, bei dem die Flügel im Inneren versteckt sind?“ Beachten Sie, dass diese Klinge nicht mit jener Klinge identisch ist, da sie unterschiedliche Funktionsprinzipien haben. Bei herkömmlichen Ventilatorflügeln ist ihre gebogene Form dafür verantwortlich, dass sie die Luft in der Nähe der Flügel „schneiden“ und sie beim Drehen nach vorne drücken, wodurch ein Wind entsteht, der uns direkt entgegenbläst. Die Flügel eines typischen Haushaltsventilators können sich etwa 1.000 Mal pro Minute drehen. Wenn der Kreiselkompressor in Betrieb ist, kann sich das interne Laufrad, angetrieben vom Motor, 50.000 Mal pro Minute drehen. Darüber hinaus kann die Geschwindigkeit das 100-fache eines gewöhnlichen elektrischen Ventilators erreichen! Angetrieben durch das schnell rotierende Laufrad wird die Luft aufgrund der Zentrifugalkraft von der Mitte zum Rand geschleudert .

Das Laufrad saugt Luft an, wobei am Zulauf ein kleiner Schaufelabstand und am Ablauf ein großer Schaufelabstand besteht. Bildquelle: Werbematerial einer bestimmten Marke

Die Schaufelblätter des Laufrads weisen eine komplexe Form auf, wobei der Abstand zwischen den Schaufelblättern von der Mitte zum Rand hin allmählich zunimmt . Im Leben wissen wir, dass der Wind in der Gasse stärker ist als auf der Straße. Aufgrund des größeren Abstands zwischen den Schaufeln strömt die Luft am Rand des Laufrads langsamer als in der Mitte. Welchen Einfluss hat der Unterschied in der Durchflussrate? Sie können zwei Blätter Papier nehmen und ein kleines Experiment durchführen, um zu sehen, wie es läuft. Bringen Sie die beiden Papierstücke dicht zusammen und blasen Sie in die Mitte. Sie werden feststellen, dass die Blätter nicht zu den Seiten geweht werden, sondern näher zusammenrücken.

Nehmen Sie zwei Blätter Papier und machen Sie ein kleines Experiment zum Bernoulli-Prinzip. Bildquelle: NetEase @科学鱼

Dieses Phänomen kann durch das Bernoulli-Prinzip erklärt werden. Das Bernoulli-Prinzip besagt , dass der Druck dort niedriger ist, wo die Durchflussrate höher ist . Wenn Sie Luft zwischen zwei Blätter Papier blasen, verringert sich der Druck in der Mitte und die Blätter werden durch die Luft mit dem höheren Druck an der Außenseite näher zusammengedrückt. Ebenso verhält es sich, wenn die Luft im Laufrad zum breiteren Randbereich strömt, da hier die Strömungsgeschwindigkeit abnimmt und der Druck zunimmt, was eine Druckwirkung hat, sodass dieser Teil der Luft weiter zum Luftauslass des oberen Rings transportiert wird. Ein ähnliches Funktionsprinzip des Ansaugens und Unterdrucksetzens von Luft kommt auch bei Turbinen in Flugzeug- und Automotoren zum Einsatz.

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Kann Wind verstärkt werden?

Die Laufräder von flügellosen Ventilatoren sind relativ klein und die vom Laufrad allein geförderte Luft kann oft nicht für ein ausreichendes Luftvolumen sorgen. Viele Unternehmen behaupten jedoch, dass ihre flügellosen Ventilatoren eine „Luftvervielfachungstechnologie“ verwenden, um das Luftvolumen zu erhöhen. Was ist hier los? Wie bereits erwähnt, wird Luft vom Laufrad angesaugt und anschließend zum Luftaustrittsspalt an der Innenseite des Rings transportiert, um dort auszuströmen. Der Hochgeschwindigkeitsluftstrom fliegt nicht herum, sondern fließt gehorsam an der Innenfläche des Rings entlang.

Der Hochgeschwindigkeitsluftstrom aus dem Luftauslass strömt entlang der Innenfläche des Rings. Bildquelle: @ElectricUtopia

Dieses Phänomen wird Coanda-Effekt genannt. Wenn schnell fließendes Gas über eine leicht gekrümmte Oberfläche strömt, weicht es von seiner ursprünglichen Strömungsrichtung ab und fließt stattdessen entlang der gekrümmten Oberfläche . Wenn Sie im Alltag die Rückseite eines Löffels nahe an das aus dem Wasserhahn fließende Wasser halten, wird die ursprünglich vertikale Wassersäule vom Löffel „angezogen“ und krümmt sich, was ebenfalls eine Manifestation des Coanda-Effekts ist. Daher konzentriert sich die schnell strömende Luft im Bereich nahe der Innenfläche des Rings. Erinnern Sie sich an das zuvor erwähnte Bernoulli-Prinzip? Da der Druck dort niedrig ist, wo die Strömungsgeschwindigkeit hoch ist, entsteht zwischen dem Ringraum und dem Raum hinter dem Ventilator ein erheblicher Druckunterschied. Angetrieben durch den Druckunterschied wird eine große Menge Luft am Heck in den Ringraum gedrückt und dann nach vorne ausgestoßen . Auf diese Weise wird das Luftvolumen stark erhöht.

Der Druckunterschied sorgt für einen stärkeren Luftstrom nach draußen und erzeugt stärkere Winde. Bildquelle: @ElectricUtopia

Tatsächlich macht die vom Kreiselkompressor gelieferte Druckluft nur einen sehr kleinen Teil der Luftmenge aus, die auf uns zubläst, aber sie dient als Ausgangspunkt für eine Diskussion. Der dadurch erzeugte Druckunterschied kann ein Dutzend Mal mehr Gasvolumen von außen antreiben, um für ausreichend Wind zu sorgen. Daher müssen Größe und Leistung des Kreiselkompressors im flügellosen Ventilator nicht sehr groß sein.

Um viel Wind zu erzeugen, muss das Laufrad nur eine kleine Menge Luft ansaugen. Bildquelle: @ElectricUtopia

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Vor- und Nachteile von flügellosen Ventilatoren

Aufgrund der unterschiedlichen Funktionsprinzipien hat der vom flügellosen Ventilator erzeugte Wind keine stufenweise Wirkung wie bei einem herkömmlichen Ventilator, sondern ist weich und gleichmäßig und sorgt so für ein angenehmeres Erlebnis. Bei herkömmlichen Ventilatoren warnen Eltern ihre Kinder davor, ihre Hände in die rotierenden Flügel des Ventilators zu stecken. Flügellose Ventilatoren haben keine freiliegenden Flügel, bergen geringere Sicherheitsrisiken und lassen sich zudem bequem täglich reinigen. Darüber hinaus gibt es mittlerweile flügellose Ventilatoren auf dem Markt, die mehrere Funktionen wie Befeuchtung, Reinigung und Räucherung integrieren. Aufgrund struktureller Einschränkungen ist dies mit herkömmlichen Ventilatoren nur schwer zu erreichen.

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Allerdings haben flügellose Ventilatoren auch einige Nachteile. Der wichtigste Punkt ist, dass es teuer ist. Der Preis einiger flügelloser Ventilatoren ist um ein Dutzend Mal höher als der von herkömmlichen Ventilatoren. Der Kauf eines flügellosen Ventilators kostet fast so viel wie der Kauf einer Klimaanlage. Darüber hinaus wird sich das Erlebnis des Haaretrocknens über große Entfernungen nach den Erfahrungen vieler Freunde erheblich verschlechtern und es treten auch Probleme wie Lärm auf. Ich hoffe, dass flügellose Ventilatoren dank der Bemühungen der großen Hersteller in Zukunft kostengünstiger sein werden und im heißen Sommer Tausenden von Haushalten einen angenehmen natürlichen Wind bringen können. Autor: Wei Anran, Anwendungsingenieur, PhD in Mechanik, Shanghai Jiao Tong University

Herausgeber: Tinker Bell