無葉風扇

我相信大家應該有看過一種無葉片風扇，這種電風扇是由Dyson所出產的先進電風扇。它的結構是由一個柱狀的底座和上方的圓環所構成。這個風扇的特色就是與傳統風扇不同，它並不是靠葉片旋轉送風。但是，沒有葉片要怎麼吹出氣流呢?

其實，這種風扇是透過氣體動力學的原理所改良的產品。這個風扇吹出來的氣流是透過底座裡的馬達和圓環裡面的特殊空腔所造成的。馬達會從風扇下方導入氣流，而這個氣流會被吹進圓環的空腔裡。這個空腔的形狀前寬後窄，窄的一邊朝向氣流吹出的方向。空氣的壓力在窄的一邊比較高，在寬的一邊比較低，而空氣會從高氣壓的位置往低氣壓的位置移動，所以氣流就會從圓環裡被吹出。當氣流沿著圓環表面被吹出時，根據白努力定律，氣體流速快的地方壓力較低(相對於圓環四周的穩定空氣，從圓環裡吹出的氣流速度較高)，所以圓環附近的氣壓降低形成負壓，而氣流會開始從四周壓力較高的地方流入，與從圓環內部吹出的氣流會和，相加之後，氣流變為原來的16倍。讓我們能感受到涼風的吹拂。

傳統電風扇是讓葉片旋轉，葉片旋轉時會把氣流"打"向我們，這樣形成的風不像無葉風扇一樣平順且舒服。因為無葉風扇的氣流是朝我們自然的"流過來"。就好像微風一樣，所以吹起來更舒適。此外，因為氣體動力的原理讓原本的氣流增強，提高了能源的效率。還有，無葉風扇的噪音少也容易清理。優點非常多。

大家可能會有疑問，為甚麼氣體流速快壓力就會小呢?我聽過很多不同的說法，但是想正確的說明就要從白努力定律的公式來看。白努力定律的公式:

P=壓力，V=速度，g=重力加速度，h=高度

這個方程式的三項加起來會是一個常數。我們只要看前兩項就好了，假設我們現在觀察的高度h是固定的，根據這個方程式，速度V越大，P就要越小。在解釋這個現象的時候，有很多說法，例如流體的連續性質等等。但是我習慣用能量守恆去解釋。氣體在流動的時候會因為高度改變而受重力做功(也就是重力會影響氣體運動的速度，具有的動能等等)，這裡我們假設氣體的高度不變。氣體被加速是受氣壓的推動造成的結果，想像今天有A、B兩個區塊，A區塊的氣體氣壓較高，B區塊氣壓較低。所以A區塊的氣流會流到B區塊，而A區塊的氣流因為被推動了，所以具有一定的加速度，這些被加速的氣流流向B區，所以B區的氣流速度比A區塊。同時，B區塊的氣壓較A區塊小。因而有了流速快壓力小的說法。再回到能量守恆的觀點，速度越快代表動能越大，B區的動能很明顯比A區大，而B區獲得的額外動能是因為有外來力推動氣體，給予氣體能量，而這個力就是氣壓差造成的推力。因此，流速較快的區域一定處於低壓區，因為這個區塊的額外動能不會憑空出現，一定是有相對高壓的區域推動氣流，讓氣流獲得動能。這樣才會符合能量守恆的定律。