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    极客的极致解暑?——制造一场室内“龙卷风暴”

    夏日炎炎,果壳实验室为大家带来炫酷的解暑新方法——干冰“龙卷风”!不仅能够让整个房间迅速通风,还能体验真正的舒适凉爽。

    到底是谁?怎样制造了这场室内风暴的呢?


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    是不是觉得很厉害?其实,只要掌握了正确的姿势,你也能吹出螺旋龙卷风。

    手把手教你吹出螺旋龙卷风的正确姿势

    首先我们要知道龙卷风的原理:

    气象学认为,龙卷风本质上是小范围的强对流气旋。大气的不稳定性,产生了强烈的上升气流。但由于急流中,最大过境气流的影响,它被进一步的加强。由于在垂直方向上和速度以及方向上均有切变的风相互作用,上升的气流在对流层的中部开始旋转,形成中尺度气旋。随着中尺度气旋向地面发展并逐渐向上伸展,它本身会变细又会逐渐增强。同时,一个小面积的增强辐合,即初生的龙卷,在气旋内部形成,形成龙卷核心。龙卷核心中的旋转与气旋中的不同,它的强度足以使龙卷一直伸展到地面,当发展的涡旋到达地面高度时,地面气压急剧下降,地面风速急剧上升,形成龙卷风。

    (注意哦,这个是台风,大家不要把台风和龙卷风混淆起来啦)

    其实就像自然界中的龙卷风一样,室内龙卷风的形成首先需要上升气流。

    将液态干冰倒入盛有热水的盆中,干冰受热蒸发,吸收大量的热,导致周围空气温度下降,空气中的水蒸气遇冷液化成小水滴;同时盆中的热水在冷却前源源不断地对液面表层空气进行加热,导致其温度上升,这样就形成了水面上的空气,上冷下热的情况。空气温度高则密度小,密度小的气团会自然升腾,于是在下层升腾的热空气带动下小水滴们也向上翻腾,形成垂直的雾柱。

    但这样的雾柱类似从烟囱中的升腾出的烟柱,并不具备“龙卷风”的特性,这时就需要“借东风”,即创造自然界中的气流不稳定的对流层,便于干冰在上升时能够与对流层相遇,成功“旋转起来”。

    我们首先用计算机模拟了“水平流场”,利用非结构网格进行数值模拟在每条边的中间布置宽度为边长20%的风源,计算状态如下:


    图1 计算网格图

    数值模拟效果见图2、图3,从图中可以看出按状态2进行调整,如果风源比较稳定即可得到水平面的旋转流场。悬浮在空气中的小水滴受热水表面干冰气化形成的垂直上升气流加上风源建立的水平的旋转流场的作用,就得到了类似“龙卷风”的旋转着升腾的效果。

    图2 速度矢量图(状态1)

    图3 速度矢量图(状态2)

    接着我们在实验室里用风扇代替状态2中的风向不同的风源,这次我们使用了戴森无叶风扇am07。戴森无叶风扇与传统风扇的工作原理具有根本性的区别。它没有高速转动的扇叶,由底部的数码马达吸入空气,并通过涡轮增压器与喷气式引擎的结合技术,在环形孔中将气流加速,从而卷入和放大机器周围和后方的空气。

    我们用基础干冰实验来对比传统风扇与戴森无叶风扇的风力对比。

    在实验中,我们将计算机模拟中的状态2的风源用戴森无叶风扇代替

    在启动相同档位的风时,就得到了8个风向不同、风力相同的风源,形成实验室中的水平流场。

    接着,这股气流上升,遇到“戴森水平流场”时,boom!龙卷风来啦!

    大家仔细观察这股龙卷风,会发现它保持持续向上的状态。这是因为它的专利air amplifier?技术,能够制造平稳强劲的凉风。而传统风扇的叶片转动时会切割空气,气流相对不稳定。

    除了气流强劲,戴森风扇无叶设计也能保证消费者的使用安全。另外,它和马达壳减震设计,让人们使用风扇时不再受到噪音叨扰。

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    发表评论 189

    评论 (49) 只看楼主

    热门评论

    • 2017-07-19 21:03 材料塑型師 只看ta

      1,一前一后两个风扇,中间放个纸飞机,飞机永远不落地。。。。
      2,人造风洞,下面放上一些风扇,很多很多,然后上面丢纸团什么的,在风力与重力共同作用下,保持相对平衡,风悬浮

      来自ag亚游移动版
      [86] |
    • 2017-07-19 21:37 fu-80 diyer,摄影师,电容技术顾问 只看ta

      说到稳定的风力,不玩一下滑翔机吗

      [56] |
    • 2017-07-24 11:09 豆腐人 只看ta

      龙卷风是有点酷,要有这么多无叶风扇也是财大气粗了!记得之前微信推文的时候ai说实验完了戴森都会把风扇收走哈哈哈。


      如果有这么多风扇,是可以搞点大事情的,气流强劲又平稳,其实如果用来吹丝巾什么的,搞不好可以搞出飞毯的悬浮效果!!想想都有点酷炫,不过一个丝巾的悬浮效果好像不够壮观,既然现在有这么多机器,实验室的小伙伴可以帮忙试试看多个丝巾搞出悬浮+move的效果!

      具体方式有一个很丑的草图(走量大壮观大气场的赶脚!

      • 通过上下的平稳气流,找准丝巾的位置,可以做出悬浮效果。
      • 通过调节风量,做出丝巾之间的move效果(想到了足球赛场边的波浪形人浪move)

      如果实际操作能控制平稳的话,丝巾之间的捆绑固定之类的可以取消。真能做出来感觉还是很有趣的!




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