本文摘要：摘要：為解決傳統(tǒng)風(fēng)扇容易積灰、清洗難度大的問題，研究設(shè)計(jì)出了一種減少灰塵積累、便捷清理的新型防塵風(fēng)扇。通過對傳統(tǒng)風(fēng)扇積累灰塵原因的研究，正向利用靜電吸附，將研究結(jié)果與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，使防塵風(fēng)扇對灰塵的吸附、溶解、過濾各環(huán)節(jié)的設(shè)置更優(yōu)。 關(guān)鍵
摘要：為解決傳統(tǒng)風(fēng)扇容易積灰、清洗難度大的問題，研究設(shè)計(jì)出了一種減少灰塵積累、便捷清理的新型防塵風(fēng)扇。通過對傳統(tǒng)風(fēng)扇積累灰塵原因的研究，正向利用靜電吸附，將研究結(jié)果與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，使防塵風(fēng)扇對灰塵的吸附、溶解、過濾各環(huán)節(jié)的設(shè)置更優(yōu)。
關(guān)鍵詞：防塵風(fēng)扇;回流水管;半透膜;創(chuàng)新;設(shè)計(jì)
傳統(tǒng)風(fēng)扇容易積灰，將積累的灰塵洗滌掉往往需要對風(fēng)扇進(jìn)行拆卸，十分耗費(fèi)精力和時間，且很多公共場所(如教師、宿舍等)風(fēng)扇吊頂放置，清理更加困難、清理人員清理高處的風(fēng)扇也不安全。以解決風(fēng)扇積灰不便于清潔為目的對防塵風(fēng)扇進(jìn)行設(shè)計(jì)與研究，致力于設(shè)計(jì)出可以更加便捷地進(jìn)行清潔、減少灰塵積聚的新型風(fēng)扇，希望可以通過該新型風(fēng)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(zhì)量。
1防塵風(fēng)扇設(shè)計(jì)方案
風(fēng)扇聚集灰塵是因?yàn)轱L(fēng)扇在轉(zhuǎn)動時，側(cè)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(nèi)漂浮的細(xì)小灰塵，同時風(fēng)扇轉(zhuǎn)動使風(fēng)扇周圍的空氣流速變大，和外面的空氣形成壓力差，導(dǎo)致灰塵也被壓力推向風(fēng)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(jié)合產(chǎn)生結(jié)露反應(yīng)，導(dǎo)致灰塵黏糊在風(fēng)扇上，非常難以清理。
故在側(cè)刃上設(shè)計(jì)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(jìn)入管內(nèi)，而管內(nèi)的溶劑不能出去。因?yàn)椴�，流速大的地方壓�?qiáng)小，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動的時候，氣壓會把灰塵壓向管壁，從而使灰塵進(jìn)入回流水管，隨后被溶劑溶解�；亓魉芡ㄟ^小型發(fā)動機(jī)帶動，管內(nèi)的溶劑會隨著風(fēng)扇的啟動進(jìn)行循環(huán)，在循環(huán)末端設(shè)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(shè)置
2.1回流水管位置的設(shè)置
考慮灰塵的吸收效率，回流水管應(yīng)設(shè)置在風(fēng)扇最容易積灰的地方。對傳統(tǒng)風(fēng)扇進(jìn)行多方面觀察，發(fā)現(xiàn)在傳統(tǒng)風(fēng)扇扇葉沿風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)方向一側(cè)的側(cè)刃處積灰最多，且灰塵量從側(cè)刃處到扇面逐漸降低;風(fēng)扇扇葉遠(yuǎn)離中心軸的一端灰塵最多，且灰塵量從遠(yuǎn)離中心軸的一端向內(nèi)逐漸降低。通過對風(fēng)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(shè)置在風(fēng)扇的側(cè)刃處，又考慮到實(shí)際應(yīng)用的便捷和美觀，將新型防塵風(fēng)扇的扇葉進(jìn)行改造，在風(fēng)扇側(cè)刃處嵌入回流水管。使得新型防塵風(fēng)扇可以保持傳統(tǒng)風(fēng)扇的使用效率及習(xí)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(qiáng)越大;速度越大，壓強(qiáng)越大。
在風(fēng)扇快速旋轉(zhuǎn)的時候，風(fēng)扇周圍的壓強(qiáng)增加將空氣中的灰塵壓向風(fēng)扇側(cè)刃，如在傳統(tǒng)風(fēng)扇的情況下，這些灰塵會逐漸積累在風(fēng)扇扇葉上，并隨著時間灰塵與空氣中的水蒸氣產(chǎn)生結(jié)露反應(yīng)，難以清理。設(shè)置回流水管則使灰塵在被壓向風(fēng)扇側(cè)刃時就可以被扇葉側(cè)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(fēng)扇的清理難度。回流水管是新型防塵風(fēng)扇的創(chuàng)新點(diǎn)，與傳統(tǒng)風(fēng)扇相比較，回流水管的增加沒有使新型防塵風(fēng)扇的成本過高，且與傳統(tǒng)風(fēng)扇的外形沒有過大變化，新型防塵風(fēng)扇的設(shè)計(jì)使其在防塵之外，同樣擁有很好的風(fēng)感，不影響日常的使用，且使用方法與傳統(tǒng)風(fēng)扇無異，簡單方便，但卻大大降低了傳統(tǒng)風(fēng)扇的清理難度。
2.2回流水管半透膜及管內(nèi)溶劑的選擇
風(fēng)扇的側(cè)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(shè)置在風(fēng)扇的側(cè)刃處，沿著風(fēng)扇的側(cè)刃環(huán)繞一周，為使灰塵順利進(jìn)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(yīng)在萬分之一毫米左右�？紤]實(shí)際應(yīng)用，在半透膜間隙直徑確定的情況下，管內(nèi)溶劑要適量增稠，確保環(huán)流水管可以吸收灰塵，同時管內(nèi)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(shè)計(jì)多次對照試驗(yàn)，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(fēng)扇最適發(fā)動機(jī)模型3.1模型假設(shè)①環(huán)流水管管壁處處均勻，沒有折痕。②在風(fēng)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(nèi)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(nèi)溶液在流動時，各點(diǎn)速率相同。
3.2基于伯努利原理的防塵風(fēng)扇最適發(fā)動機(jī)模型的建立
通過調(diào)查，市面上的風(fēng)扇扇葉長度在25cm~100cm之間，風(fēng)扇有擋位區(qū)別，一般低檔的轉(zhuǎn)速為14.2r/s，中檔轉(zhuǎn)速為16.7r/s，高檔轉(zhuǎn)速為19.2r/s。線速度v、扇葉長度r和轉(zhuǎn)速之間有如下轉(zhuǎn)換關(guān)系：v=2πrN(1)用MATLAB對各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并繪制出圖像，通過圖像可看不同擋位下扇葉長度和速度的關(guān)系曲線斜率并不相等。對于發(fā)動機(jī)的選取，考慮其重要工作性能參數(shù)揚(yáng)程，可以反映發(fā)動機(jī)能夠揚(yáng)水的高度，也稱水頭。
通過上述調(diào)查得到的數(shù)據(jù)，可以得出水頭H的計(jì)算公式及謝才系數(shù)C:ìíîïïïïH=(v2L)(C2R)C=R6n(2)其中L=10r為環(huán)流水管的長度，R為環(huán)流水管的管道橫截面半徑，n=0.011為環(huán)流水管的管壁糙率。用MATLAB對公式進(jìn)行計(jì)算并繪制出圖像。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(jī)水頭不同�？紤]到實(shí)際應(yīng)用的需求，選取發(fā)動機(jī)時，其揚(yáng)程最大應(yīng)超過上圖所示的最大揚(yáng)程16.1667m。
按計(jì)算出的結(jié)果，選擇的發(fā)動機(jī)只要保證揚(yáng)程大于等于最大揚(yáng)程即可，但若統(tǒng)一選取16.1667m的最大揚(yáng)程，在低檔和中檔時會造成較大的電能浪費(fèi)。為節(jié)省電能，在設(shè)計(jì)風(fēng)扇時，應(yīng)讓風(fēng)扇在選擇不同擋位時發(fā)動機(jī)所需的電能盡量小，則可以設(shè)置風(fēng)扇在不同擋位下發(fā)動機(jī)的最大揚(yáng)程也可變，所以風(fēng)扇不同擋位使用時發(fā)動機(jī)最大揚(yáng)程可以靈活變動，使選取的發(fā)動機(jī)揚(yáng)程低檔為8.8429m，中檔為12.2307m，高檔為16.1667m。
化學(xué)論文投稿期刊：《化學(xué)教育》(Journal of Chemical Education)雜志創(chuàng)刊于1980年，由中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會主管，中國化學(xué)會主辦的國家級化學(xué)教育類學(xué)術(shù)月刊。國內(nèi)統(tǒng)一刊號：CN11-1923/O6，國際刊號：ISSN1003-3807，郵發(fā)代號：2-106，影響因子：0.3057。
4結(jié)語
新型防塵風(fēng)扇利用伯努利原理使灰塵在風(fēng)扇上結(jié)露之前使其溶解、過濾。正向利用靜電吸附，在灰塵結(jié)露前進(jìn)行處理，所設(shè)計(jì)的新型風(fēng)扇通過小的改變，極大地方便了風(fēng)扇灰塵的清理，節(jié)省人力、物力、財(cái)力，減少清理吊頂風(fēng)扇的危險性，提高人們的生活質(zhì)量，使風(fēng)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(jìn)的風(fēng)扇需要的成本不會提得太高。
參考文獻(xiàn)：
[1]趙昌友.伯努利方程及其應(yīng)用[J].池州學(xué)院學(xué)報,2014,28(6):48-49.
[2]楊來俠,黃衛(wèi).靜電吸附式快速成型制造法[J].西安科技大學(xué)學(xué)報,2006,26(4):499-501,510.[3]馬中飛.工業(yè)通風(fēng)與防塵[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007.
[4]“現(xiàn)代企業(yè)職業(yè)衛(wèi)生技術(shù)叢書”編委會.工業(yè)防塵實(shí)用技術(shù)[M].北京:中國勞動社會保障出版社,2010.
[5]陳隆樞,姚群.工業(yè)防塵技術(shù)新進(jìn)展[J].中華勞動衛(wèi)生職業(yè)病雜志,2000,18(4):248-249.
[6]劉曉紅,袁文文,鄧海威,等.利用手持技術(shù)選擇氫氧化鐵膠體滲析實(shí)驗(yàn)半透膜[J].化學(xué)教育,2014(3):77-79.
作者：周俞秋子，葛苗，張雪，谷彩云，蔡云
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