吸尘器里的空气涡旋

邱泡伉

5月9日，拥有Air Amplifier? 气流倍增器和Radial Root Cyclone?多圆锥气旋技术等专利技术的英国戴森公司在北京新光天地举行体验会。果壳网编辑受邀参加了此次体验活动，近距离接触到这种来自英国，工业设计出众吸尘器。下面让我们来看看这种一反常规的气旋真空吸尘器是如何工作的吧。

吸尘器里的空气涡旋

9 ~3 i1 `/ A! n9 S  h. V/ A2 ?: {戴森设计工程师特雷弗?布林克曼（Trevor Brinkman）在新光天地展示戴森DC45无线真空吸尘器
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戴森工程师现场演示气旋真空吸尘器
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吸尘器里的空气涡旋

) Z; v0 z! i6 I8 w展示中的戴森气旋式真空吸尘器
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传统的吸尘器原理很简单：通过压缩机制造真空，将杂物、尘土和空气一起吸入，再用一个网眼密集的过滤装置（现在多为纸质的尘袋），将杂物、细小的尘埃挡在里面，把过滤过的空气排出吸尘器。
; z4 c6 r  o/ h( y传统吸尘器虽然结构简单，价格便宜，但是有几个严重缺陷无法克服：过滤装置容易被细小的灰尘和杂物挡住，如果没有及时清理滤网（或尘袋），会导致真空泵无法排气，造成吸尘器吸力下降，影响使用效果；由于原理所限，过滤效果和吸力成了一对矛盾，滤网（或尘袋）的孔径越小，过滤的效果越好，但是吸力会大大降低，因此为了保证吸力强劲，一般的家用吸尘器都无法过滤特别细小的有害颗粒、细菌等；此外，频繁的更换滤网或尘袋，也会是一笔不小的额外开支。
我们再来看看这台与众不同的“气旋式”真空吸尘器是怎么工作的。
7 k8 r9 m" n' `: [0 W$ @) y% R4 l0 G龙卷风这种极端天气你可能没有亲身经历过，不过一定在电视、网络上见到过相关的报道。龙卷风中心有一个极速上升的低压区，把周围的空气吸引过来，汇聚的气流受地球自转偏向力的影响行程涡旋，使得底部中心气压越来越低，中心附近风速可达100m/s～200m/s，最大300m/s，足以“吸”起周围的汽车、房屋，把他们抛向四周，可见威力之大。
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吸尘器里的空气涡旋

. q6 v" p. ], B9 @# `3 ^0 O威力巨大的龙卷风
由于龙卷风涡旋中被卷起的物体围绕中心做圆周运动，会产生离心力，离心力的大小与远中半径成反比，与质量以及速度的平方成正比。因此我们经常看到，大块头的东西会被甩在龙卷风中心的四轴，而轻的东西会随着龙卷风扶摇直上，吸到高空，抛到几公里以外的地方才降落。
7 `2 ~( B. c$ r& @; v0 Q9 P; F! J3 U  N# R离心力F＝mv*v/r（m代表质量, v代表圆周运动时的线速度 , r代表离心运动半径）
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吸尘器里的空气涡旋

3 ?6 v4 Y0 w% _- x1 ^1 I离心力
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吸尘器里的空气涡旋

戴森DC-37Allergy吸尘器的多圆锥气旋结构，顶部小圆锥让涡旋中的小颗粒进一步加速
; N8 K% Z0 E6 T9 q# T( h不知道气旋真空吸尘器的发明者詹姆斯?戴森是否借鉴了龙卷风的原理。在戴森的吸尘器中，通过真空泵和气旋发生装置，在吸尘器机体内制造一个旋转上升的涡旋，就像一场小规模的龙卷风，灰尘和各种杂质在涡旋中旋转起来，被自身的离心力甩出气旋中心，落到气旋周围的尘杯中。由于各种灰尘、杂质的质量不同，大块头的颗粒离心力大，最先甩出气旋中心，而小质量的颗粒会继续上升，我们看到在戴森吸尘器的顶部，还有一圈更小的圆锥体，这就是它采用的Radial Root Cyclone（多圆锥气旋）技术，微小质量的颗粒进入涡旋上层后，进入了这些直径更小的椎体，变成了直径更小的涡旋，圆周速度进一步提升，直到被自身的离心力甩出涡旋重心，落入周围的尘杯中。这样一来，气旋中心部分的真空区域始终是相对干净的空气，因此可以采用一个更加致密的滤芯来作为最后的屏障。

四倍慢放，戴森吸尘器中的“龙卷风”

巧妙的设计让戴森的气旋真空吸尘器彻底解决了传统吸尘器网眼和吸力之间的矛盾，再也不用尘袋这种累赘的设计了，这确实是一个奇思妙想。
其实，龙卷风的原理不仅可以用来帮你打扫房间，还能做许多有益的事情，有报道称加拿大的一位工程师路易斯?米肖尝试着创造一种人造龙卷风（大气涡流机，Atmospheric Vortex Engine）来发电，它通过太阳辐射或是工业生产过程中的余热加热空气，创造一个上升的低气压气流，一直延伸到对流层顶端，从而产生人造的龙卷风，每个龙卷风能驱动好几台风力发电机，每千瓦时的成本可以低至3美分，目前米肖已经得到了泰尔基金会的赞助，与莱姆顿学院合作，正在尝试建立一个大气涡流机的原型。真是敢想敢干啊！
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参考文献龙卷风http://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%BE%8D%E6%8D%B2%E9%A2%A8#.E6.97.8B.E8.BD.AC.E6.96.B9.E5.BC.8F
离心力http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%A6%BB%E5%BF%83%E5%8A%9B
7 }; \+ C4 e/ i1 B' U: n降伏自然的力量，用人造龙卷风发电http://tech.weiphone.com/2012-12-28/Surrender_to_the_forces_of_nature_power_generation_artificial_tornado_542497.shtml