俞秋子 葛苗 張雪 谷彩云 蔡云

摘要：為解決傳統(tǒng)風扇容易積灰、清洗難度大的問題，研究設計出了一種減少灰塵積累、便捷清理的新型防塵風扇。通過對傳統(tǒng)風扇積累灰塵原因的研究，正向利用靜電吸附，將研究結果與實際應用相結合，使防塵風扇對灰塵的吸附、溶解、過濾各環(huán)節(jié)的設置更優(yōu)。

關鍵詞：防塵風扇;回流水管;半透膜;創(chuàng)新;設計

中圖分類號：TP391 ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）28-0214-02

傳統(tǒng)風扇容易積灰，將積累的灰塵洗滌掉往往需要對風扇進行拆卸，十分耗費精力和時間，且很多公共場所（如教師、宿舍等）風扇吊頂放置，清理更加困難、清理人員清理高處的風扇也不安全。以解決風扇積灰不便于清潔為目的對防塵風扇進行設計與研究，致力于設計出可以更加便捷地進行清潔、減少灰塵積聚的新型風扇，希望可以通過該新型風扇便捷人們的生活，減少人力物力的消耗，增加人們生活的質量。

1防塵風扇設計方案

風扇聚集灰塵是因為風扇在轉動時，側刃與空氣接觸并不斷摩擦使扇葉帶上了靜電，從而使扇葉不斷吸收室內漂浮的細小灰塵，同時風扇轉動使風扇周圍的空氣流速變大，和外面的空氣形成壓力差，導致灰塵也被壓力推向風扇。在長久使用過程中，灰塵不斷地被吸附在扇葉上，再和大氣中的水蒸氣不斷結合產(chǎn)生結露反應，導致灰塵黏糊在風扇上，非常難以清理。

故在側刃上設計回流水管，管壁的縫隙大小控制在萬分之一毫米左右，使得灰塵可以進入管內，而管內的溶劑不能出去。因為伯努利原理，流速大的地方壓強小，風扇轉動的時候，氣壓會把灰塵壓向管壁，從而使灰塵進入回流水管，隨后被溶劑溶解?；亓魉芡ㄟ^小型發(fā)動機帶動，管內的溶劑會隨著風扇的啟動進行循環(huán)，在循環(huán)末端設置過濾器，將溶劑中的灰塵過濾掉，定期更換過濾掉的灰塵即可。

2回流水管的設置

2.1回流水管位置的設置

考慮灰塵的吸收效率，回流水管應設置在風扇最容易積灰的地方。對傳統(tǒng)風扇進行多方面觀察，發(fā)現(xiàn)在傳統(tǒng)風扇扇葉沿風扇旋轉方向一側的側刃處積灰最多，且灰塵量從側刃處到扇面逐漸降低;風扇扇葉遠離中心軸的一端灰塵最多，且灰塵量從遠離中心軸的一端向內逐漸降低。

通過對風扇表面積灰程度的觀察研究，為最大限度地吸收灰塵，將回流水管設置在風扇的側刃處，又考慮到實際應用的便捷和美觀，將新型防塵風扇的扇葉進行改造，在風扇側刃處嵌入回流水管。使得新型防塵風扇可以保持傳統(tǒng)風扇的使用效率及習慣，同時使得灰塵能快速被回流水管所吸收。

根據(jù)伯努利原理：在流體中，速度越小，壓強越大;速度越大，壓強越大。在風扇快速旋轉的時候，風扇周圍的壓強增加將空氣中的灰塵壓向風扇側刃，如在傳統(tǒng)風扇的情況下，這些灰塵會逐漸積累在風扇扇葉上，并隨著時間灰塵與空氣中的水蒸氣產(chǎn)生結露反應，難以清理。設置回流水管則使灰塵在被壓向風扇側刃時就可以被扇葉側刃嵌入的回流水管吸收，從而不會有后續(xù)的灰塵積累過程，以此大大降低風扇的清理難度。

回流水管是新型防塵風扇的創(chuàng)新點，與傳統(tǒng)風扇相比較，回流水管的增加沒有使新型防塵風扇的成本過高，且與傳統(tǒng)風扇的外形沒有過大變化，新型防塵風扇的設計使其在防塵之外，同樣擁有很好的風感，不影響日常的使用，且使用方法與傳統(tǒng)風扇無異，簡單方便，但卻大大降低了傳統(tǒng)風扇的清理難度。

2.2回流水管半透膜及管內溶劑的選擇

風扇的側刃最先與空氣摩擦，也是灰塵聚集最多的地方，因此回流水管設置在風扇的側刃處，沿著風扇的側刃環(huán)繞一周，為使灰塵順利進入環(huán)流水管中，對于回流水管采用半透膜制成。不同材料半透膜的間隙直徑不同，而灰塵顆粒的直徑一般在萬分之一到百萬分之一毫米。為使灰塵可以最大限度被吸附，選擇使用的半透膜的間隙直徑應在萬分之一毫米左右。

考慮實際應用，在半透膜間隙直徑確定的情況下，管內溶劑要適量增稠，確保環(huán)流水管可以吸收灰塵，同時管內溶劑不能出去。對于具體溶劑的配比，本文不再贅述，可以通過設計多次對照試驗，在其余變量相等的情況下，將不同配比的溶劑與灰塵相溶解，找出溶解速率最快同時黏稠度適合的最佳配比方案。

3基于伯努利原理的防塵風扇最適發(fā)動機模型

3.1模型假設

①環(huán)流水管管壁處處均勻，沒有折痕。②在風扇工作時，扇葉收到的大氣壓力處處相等。③環(huán)流水管管內溶液在流動時充滿整個環(huán)流水管，沒有大氣泡存在。④環(huán)流水管內溶液在流動時，各點速率相同。

3.2基于伯努利原理的防塵風扇最適發(fā)動機模型的建立

通過調查，市面上的風扇扇葉長度在25cm～100cm之間，風扇有擋位區(qū)別，一般低檔的轉速為14.2r/s，中檔轉速為16.7r/s，高檔轉速為19.2r/s。線速度v、扇葉長度r和轉速之間有如下轉換關系：

通過圖像可以看出不同擋位不同扇葉長度下所需的發(fā)動機水頭不同。考慮到實際應用的需求，選取發(fā)動機時，其揚程最大應超過上圖所示的最大揚程16.1667m。

按計算出的結果，選擇的發(fā)動機只要保證揚程大于等于最大揚程即可，但若統(tǒng)一選取16.1667m的最大揚程，在低檔和中檔時會造成較大的電能浪費。為節(jié)省電能，在設計風扇時，應讓風扇在選擇不同擋位時發(fā)動機所需的電能盡量小，則可以設置風扇在不同擋位下發(fā)動機的最大揚程也可變，所以風扇不同擋位使用時發(fā)動機最大揚程可以靈活變動，使選取的發(fā)動機揚程低檔為8.8429m，中檔為12.2307m，高檔為16.1667m。

4結語

新型防塵風扇利用伯努利原理使灰塵在風扇上結露之前使其溶解、過濾。正向利用靜電吸附，在灰塵結露前進行處理，所設計的新型風扇通過小的改變，極大地方便了風扇灰塵的清理，節(jié)省人力、物力、財力，減少清理吊頂風扇的危險性，提高人們的生活質量，使風扇易積灰、灰塵難以清理的問題得到解決，且通過該方法改進的風扇需要的成本不會提得太高。

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【通聯(lián)編輯：唐一東】