V tomto příspěvku na blogu se blíže podíváme na to, jak se generuje vítr v bezlopatkovém ventilátoru, a na uplatnění principů dynamiky tekutin za tím.
Strojírenství a ventilátory bez ventilátoru
První spotřebič, který vás v letních měsících napadne, je elektrický ventilátor. Nejen, že jsou levnější než klimatizace, ale také šetří peníze za elektřinu, takže je můžete nechat zapnuté celý den a nezruinovat. Výsledkem je, že prodej elektrických ventilátorů během letních měsíců raketově stoupá a nový produkt s názvem „bezlopatkový ventilátor“ se letos stal velmi populárním na trhu sezónních spotřebičů od svého prvního představení v roce 2009. Přesně tak to zní: nový typ ventilátoru, který na rozdíl od tradičních ventilátorů s lopatkami vytváří vzduch mezi tenkými kruhovými prstenci. Hlavní výhodou bezlopatkového ventilátoru je, že je mnohem bezpečnější, protože se nemusíte bát, že si o lopatky poraníte ruce. Když nemají čepele, jak proboha mohou vytvořit vítr?
Pravdou je, že nejde o to, že by lopatky chyběly, ale o to, že lopatky, které vytvářejí vítr, jsou spolu s motorem ukryty ve spodní části ventilátoru. Aby se to rozbilo, ventilátor a elektromotor ve spodní části ventilátoru nasávají venkovní vzduch do stroje a posílají ho nahoru. Tento vzduch stoupá nad výstupem a točí se podél povrchu kruhového prstence, a když je vytlačován dopředu, táhne vzduch za ventilátor, čímž vytváří velké množství větru. Tento proces využívá principů hydrodynamiky, jako je Coandův jev a Bernoulliho princip.
Coanda efekt je tendence kapaliny adsorbovat se na povrch, když proudí přes jemně zakřivený povrch. Pokud například tvrdě cvičíte a silně se potíte, můžete si všimnout, že pot, který vám stéká po hlavě nebo na čele, má tendenci stékat po čelisti nebo výstřihu, místo aby kapal přímo na zem. Dalším příkladem je, když voda z kohoutku teče po povrchu lžíce. Tento efekt způsobuje, že vzduch pohybující se po povrchu kruhového prstence na hlavě elektrického ventilátoru rychle proudí podél vnitřního povrchu prstence.
Bernoulliho princip říká, že čím rychleji se tekutina pohybuje, tím je její tlak nižší, a čím pomaleji se pohybuje, tím vyšší je její tlak. Představte si auto rychle jedoucí po silnici bez překážek nebo dopravní zácpu. Pokud je vedle ní prázdná silnice, auta uvízlá v provozu tam budou chtít jet. Podobně se kapaliny budou snažit pohybovat směrem k rychlejší straně vozovky, protože tlak je větší na pomalejší straně. Při použití tohoto principu u ventilátoru bez lopatky se vytvoří proud rychlého vzduchu přes malou mezeru na konci kruhového prstence v hlavě ventilátoru, čímž se sníží tlak vzduchu, což způsobí, že vzduch za ventilátorem, který má vyšší tlak, aby se posunul vpřed. Při tomto procesu se pohybuje 15krát více vzduchu, než je nasáváno ze spodní části ventilátoru, čímž vzniká vítr.
Bezlopatkový ventilátor má vědecký princip, který souvisí s vlastnostmi kapalin. Způsob, jakým běžný ventilátor produkuje vítr, je také založen na principech dynamiky tekutin. Ve skutečnosti se principy dynamiky tekutin kolem nás uplatňují mnoha různými způsoby. Nejde jen o ventilátory, ale také o proudění vzduchu v křídlech a motorech letadla a o to, jak na vodě plavou vločky soli. V závislosti na tom, kde a jak jsou tyto principy aplikovány, může jít o převratné nápady nebo jen o obyčejnou technologii. Kdo jsou tedy lidé, kteří chápou vlastnosti těchto tekutin a uplatňují inovativní nápady v reálném životě? Studenti strojního inženýrství. Katedra strojního a leteckého inženýrství neustále pracuje na studiu vlastností tekutin a jejich uplatnění v reálném životě pohodlnějším a pokročilejším způsobem.
Aplikace dynamiky tekutin a škálovatelnost ventilátorů bez ventilátoru
Principy dynamiky tekutin používané v bezlopatkových ventilátorech mají uplatnění v mnoha různých průmyslových odvětvích. Například Bernoulliho princip hraje důležitou roli při řízení proudění vzduchu v letadlech. Křídla letadla správně regulují proudění vzduchu, aby byla zajištěna stabilita během letu, což platí i v automobilovém průmyslu. Aerodynamický design automobilů je klíčovou technologií používanou ke zlepšení spotřeby paliva a zvýšení stability při jízdě. Tato vylepšení aerodynamického designu lze také použít ke zlepšení výkonu domácích spotřebičů, jako jsou ventilátory bez ventilátoru. Další pokroky v tomto principu by mohly dokonce maximalizovat účinnost bezlopatkových ventilátorů nebo vést k novým typům spotřebičů.
Budoucnost strojírenství a jeho další rozvoj
Strojírenství se dnes stále vyvíjí a spojuje se s řadou pokročilých technologií a vytváří nové produkty a nápady. Například chytrá zařízení v kombinaci s umělou inteligencí (AI) maximalizují uživatelské pohodlí a internet věcí (IoT) hraje důležitou roli při maximalizaci efektivity mechanických zařízení. U domácích spotřebičů, jako jsou bezlopatkové ventilátory, lze očekávat, že se s tímto technologickým pokrokem budou nadále zlepšovat, a výzkum v oblasti využití zelené energie stále pokračuje. Strojírenství bude i v budoucnu řídit udržitelný rozvoj rozvojem ekologicky šetrných a energeticky účinných technologií.
