生活中的空气动力学—桌上小风扇

图1：叶片侧视图 （B站@萌萌战队）

图2（B站@萌萌战队）

图3:黄色为实际气流方向（示意方向）

（B站@萌萌战队）

图4：叶片前缘向后缘运动的流场

（B站@萌萌战队）

随着风扇的不断转动，气流也在叶片正面的前段聚集增厚，并在后段分离，形成了如图4所示的峰谷状附面层。随着连续地如此运动，气流不断受到叶片内凹面（前面）的挤压，静压升高，形成了大于远处大气压的高压区。

图5：气流整体流道

（B站@萌萌战队）

而叶片背面的气流则正好相反，气流从叶片前缘向最高点做加速运动，压强降低；然后做减速运动，压力升高；最后和正面的气流同时到达叶片后缘。如此，气流在叶片背面形成了静压低于远处大气压的低压区。这样一来，随着叶片的转动，形成了泾渭分明的前高后低的压强区域。后方的低压区从四面八方“吸气”，形成“收敛流道”，气流到达叶片时，静压瞬间升高，气流被压强差加速地推向风扇前方。如此，气流在风扇前面形成一小段的收敛通道，然后与静止空气参混，不断减速，形成了“扩张流道”（图5）。

空气经历了这样一番运动，才被“吹”到我们面前让我们享受到清凉。

那么问题来了

❖ 如果我们挡住了风扇的出风口，气流无处可去，就会在叶片后缘大量堆积，流速急剧下降，气压升高。这就导致叶片背面的气流在高气压之下减速，无法再“贴”着叶片进行附面流动，只能分离形成湍流。如此，叶片背面的低压区消失，空气就无法再被“吸”进风扇，也就无法向前吹风了。这时，叶片面对的气流就只有叶片切向方向的速度了，这造成了叶片的攻角增大，进一步增加了叶片正面的静压。出风口走不了，那气流只能绕过叶片后缘向背面运动，进一步加剧了叶片背面的气流分离，致使此处彻底形成了湍流。若是此时撤掉了出风口遮挡物，叶片转速不变，则这种气流状态会被继续维持。我们的USB小风扇一般无法自行摆脱这种状态，就会一直这样只转动但不吹风。

❖ 如果小风扇用了很久却一直不清理，叶片表面附满了灰尘，毛发。那么这些障碍物就会阻碍气流对于叶片的附着，使得那一片区域气流分离形成湍流区。小风扇也就“无风可吹”，只能呆呆的“空转”了。

咋整捏？

如果此时，我们在风扇后面对着叶片狠狠地吹一大口气，人为地制造一段沿着叶片垂向运动的气流，使叶片的迎角变小，正面的高压区减弱。背面气流的动能被人为增加了，使得气流分离被推迟，能够继续贴着表面流动，使得流场回复如初，空气开始恢复正常流动，我们就又能吹到风啦。

所以这种现象一般都出现在动力很弱或者叶片表面有很多杂物（灰尘，毛发）的小风扇上。由于马达无法让失速中的叶片克服增大的阻力尽快加速，于是就很难自行摆脱气流分离，于是就出现了这种“只转不吹风”的现象。此时我们要么清理叶片表面杂物，要么增加风扇档位，要么在风扇后面狠狠吹气。

到这里我们就为大家解释了小风扇的吹风原理与不吹风的处理办法，大家快去在自家或朋友家的小风扇上试一试吧！帮朋友解决了如此“棘手”难题的你，一定就是他/她心中最靓的仔！

敬请期待下一期的学术小科普！

参考文献

B站@萌萌战队。

https://www.bilibili.com/video/BV1Ja411D7Dg/? spm_id_from=333.999.0.0&vd_source=f50429a66663e9b699024b5bd0047f4d返回搜狐，查看更多