Warum bleibt Staub am rotierenden Lüfterrad haften?

Warum bleibt Staub am rotierenden Lüfterrad haften?

Intuitiv denken die meisten Leute (einschließlich mir), dass der Staub nicht an rotierenden Lüfterpropellern haften bleibt.

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@jalexiou, der Link wurde vor etwa 18 Stunden erstellt.
Wir können tatsächlich viel aus diesem Thread lernen. Die grundlegende Frage, die Sie beantworten, ist, wie man ein Thema auf einer Plattform wie dieser vorantreibt, wie man Antworten erhält und wie man die Community erreicht. Man sollte solche Dinge nicht unterschätzen.

Antworten (15)

Der Grund dafür ist, dass Sie eine Grenzschicht auf der Oberfläche der Schaufel des Lüfters haben. Auf dem Rahmen der Schaufel (die Schaufel bewegt sich mit einer gewissen Geschwindigkeit, aber am Rahmen der Schaufel bewegt sich die Luft) beginnt die Grenzschicht an der Oberfläche der Schaufel, wo die Flüssigkeitsgeschwindigkeit Null ist, und wenn Sie sich von der Schaufel entfernen, die Geschwindigkeit steigt bis zum Wert der Schaufelgeschwindigkeit (das kann man ungestörte Strömungsgeschwindigkeit nennen).

Wenn Sie also etwas Feinstaub haben, spürt er eigentlich nicht viel Wind und kann nicht weggeblasen werden. Statische Elektrizität könnte ein weiterer Faktor sein, aber das sieht man auch an metallischen Propellern.

Warum ist statische Aufladung Ihrer Meinung nach nur bei metallischen Propellern ein Problem? Schließlich verwenden die meisten der üblichen statischen Elektrizitätsdemonstrationen im Klassenzimmer dielektrische Materialien (Glas, Bernstein, Kunststoff, Latex), da eine darauf aufgebaute Ladung nicht effizient migriert.
Nein, ich sage, dass Statik bei Kunststoffpropellern ein Problem sein könnte, aber Sie können den Staub auch auf Metallpropellern sehen, wo Sie keine statische Elektrizität haben können.
@ Vagelfold. Ah. Frei Jetzt.
"Statik" kann auch auf Metall ein Problem sein. Wenn nur das Staubpartikel einen ausreichenden Oberflächenwiderstand hat. Die Teile des Partikels, die mit der metallischen Oberfläche in Kontakt kommen, werden entladen, die weiter entfernten Teile nicht. Ein Modell dafür ist ein Elektrophor.
Dies geht nicht darauf ein, warum die Vorderkante so viel mehr Staub hat.

Was ist mit dieser Hypothese:

Staub klebt überall, aber da der Propeller viel Luft durchschneidet, trifft er auf mehr Staubpartikel. Dadurch bleibt am Propeller mehr Staub haften als anderswo.

Beweis

Ich (Mark) habe Fotos von meinem Ventilator in meinem Zimmer gemacht, um Damiens Hypothese zu untermauern. Das erste Foto zeigt die Vorderkante des Lüfterflügels, die viel Luft beeinflusst, und das zweite Foto zeigt die Hinterkante desselben Lüfterflügels. Ich habe diesen Lüfter noch nie gereinigt. Die Vorderkante ist mit einer dicken, 3-5 mm dicken Staubschicht bedeckt, während die Hinterkante fast sauber ist.Vorderkante des Ventilatorflügels mit Staub bedeckt Hinterkante des Ventilatorflügels fast sauber

Das ist ziemlich muss die einfachste Erklärung für die Frage. Die Erklärung von @ Vagelford bezüglich der Grenzschicht ist jedoch auch relevant, da es sich um Flüssigkeitsbewegungen handelt.
@ Mark: Ich könnte ein Arsch sein und antworten, dass "du mich nicht überzeugst". Aber ich denke, Sie haben eigentlich Recht :-) Staub haftet (wie jeder weiß, der ein Haus zu reinigen hat!), Und die vordere Spitze der Klinge trifft auf mehr Staub. +1
Nun, meine Antwort hat damit zu tun, warum der Staub am Lüfter haftet und nicht verschwindet, wenn er verwendet wird. Ich habe nicht darüber nachgedacht, warum der Lüfter mehr Staub hat als sagen wir ein Tisch. Ich denke, dass es offensichtlich ist, dass die Lüfterblätter mit mehr Staub in Kontakt kommen, da mehr Luft aus ihnen austritt.
"Ich habe diesen Lüfter noch nie gereinigt". Hmmm, lade mich nicht zum Tee ein :)

Wind berührt die Oberfläche nicht wirklich. Sie können den gleichen Effekt bei einem Auto beobachten: Selbst wenn Sie sich mit einer Geschwindigkeit von über 110 km/h bewegen, wird der Staub nicht weggeblasen.

Wenn Sie genau hinsehen, gibt es eine Grenzschicht zwischen der Materie des Ventilators und der Luft um den Ventilator herum. Wenn Sie sich den Lüfterflügeln nähern, beginnt sich die Luft mit dem Lüfter zu bewegen (der Flügel zieht ihn mit), sodass sich Luft sehr nahe am Flügel relativ zum Flügel selbst nicht (viel) bewegt.

Dies gilt natürlich, wenn Sie der Klinge Materie hinzufügen (wie Staub). In diesem Fall ist die Reibung der Luft geringer als die Haftung des Staubs an der Klinge, sodass der Staub an der Oberfläche haftet.

An meinen Ventilatoren finde ich viel Staub und kurze Fäden am Rand, die die Luft schneiden. Hier drückt der Luftstrom die Stränge an die Klinge (Teile davon auf beiden Seiten der Kante). Auf diese Weise sammelt der Lüfter aktiv Staub. Auch hier ist die Kraft der Luft, die die Stränge gegen die Klinge drückt (plus die Reibung zwischen Staub und Klinge), viel stärker als die Zentrifugalkraft, die sie seitwärts ziehen könnte. Da die Stränge an der Oberfläche haften, ist die Klinge nicht stark genug, um sie zu schneiden, sodass sie dort bleiben, wo sie sind.

Dieser Zusammenhang gilt für alle Lüfterdrehzahlen, der Staub wird also immer mehr.

Eine einfache Gegenmaßnahme ist ein grobes Netz an der Seite, wo der Lüfter die Luft ansaugt. Die meisten Staubfäden verfangen sich im Netz und Sie können sie alle paar Wochen einfach wegspülen oder mit einem Staubsauger aufsammeln.

Die kurze Antwort ist, dass es in der Nähe der Klinge keinen Wind gibt. Dies wird in der Hydrodynamik viskoser Flüssigkeiten als Haftbedingung bezeichnet.

[Konzession] Es ist eigentlich mehr als das. Es gibt geringfügige Van-der-Waals-Anhaftungen, die zu diesem ansonsten rein hydrodynamischen Phänomen beitragen.

Zuerst wird nur die Drehzahl des Lüfters berücksichtigt. Wenn der Lüfter langsam dreht, ist die Situation offensichtlich nicht viel anders, als wenn er überhaupt nicht drehen würde. Die Zentrifugalkraft auf die Staubpartikel ist nicht groß genug, um sie vom Lüfter wegzuschleudern.

Zweitens muss statische Elektrizität berücksichtigt werden. Es ist durchaus möglich, dass am Lüfter eine gewisse Restladung entsteht (dies hängt stark davon ab, woraus der Lüfter besteht) und da die Staubpartikel oft aufgeladen sind, werden diejenigen mit der richtigen Polarität vom Lüfter angezogen. In diesem Fall würden sie auch bei sehr schnell drehenden Lüftern haften bleiben.

Jetzt können Sie testen, ob die zweite Option in Ihrem Fall realisiert wird, indem Sie den Lüfter berühren, um ihn zu entladen, und er sollte Sie ein wenig "treten". Oder wenn Ihnen das nicht gefällt, können Sie einen geladenen Gegenstand in die Nähe des Lüfters bringen und sehen, ob er betroffen ist.

Staub haftet fast überall. Fast? Ja fast, denn noch haben wir keine superperfekten Nano-Oberflächen. Der Punkt ist, dass jede makroskopische Oberfläche kratzig und nicht perfekt glatt ist. Daher kann sehr kleiner Staub leicht haften bleiben. Dieser sehr kleine Staub macht die Oberfläche noch kratziger, wodurch der schwerere Staub leichter ankommen kann.

In naher Zukunft könnten wir Lüfterpropeller haben, an denen kein leicht sichtbarer Staub haftet.

Und natürlich ist es die elektromagnetische Kraft, die den Staub haften lässt. Machen Sie sich klar, wie ganz, ganz kleine Staubkörner aussehen und verstehen Sie, wie sie durch die Coulomb-Kraft leicht auf einer nicht glatten Oberfläche haften bleiben können. Fazit: Die meisten Dinge, die man sieht, sind elektrisch geladen, zumindest wenn man viel „hineinzoomt“. Aus der Ferne betrachtet werden die Ladungen effektiv neutralisiert. Natürlich sieht eine superperfekte Nano-Oberfläche sogar sehr gut aus, wenn man "hineinzoomt".

Das Anhaften von Staub ist ein komplexer Prozess, der jedoch in mehrere Phasen unterteilt und analysiert werden kann. Zuerst aber definieren wir unseren Staub.

Staubgröße

Die Aerodynamik von Staub lässt sich am einfachsten annähern, indem man vorgibt, dass alle Partikel Kugeln mit einer Dichte gleich der von Wasser sind ( 1000 k g m 3 ). Jedem Partikel wird ein aerodynamischer Durchmesser zugewiesen , der der Durchmesser einer dieser hypothetischen Kugeln ist, die mit der gleichen Geschwindigkeit fallen würden wie das tatsächliche Partikel (Schwerkraft und Luftwiderstand gleichen sich bei der gleichen Sinkgeschwindigkeit für die Kugel und das reale Partikel aus). Partikelgröße erwähnt wird, bezieht sich dieser Beitrag auf diesen aerodynamischen Durchmesser. Die meisten (nach Masse) Haushaltsstaubpartikel haben aerodynamische Durchmesser zwischen 20 400 μ m . Dieser Durchmesserbereich bestimmt die Größe der Kräfte, die auf den Staub einwirken.

Nachdem wir unseren Staub definiert haben, sind die folgenden Schritte für die Staubansammlung erforderlich.

Ankunft von Staub

Damit sich Staub ansammelt, muss er irgendwo herkommen. Ich werde nicht darauf eingehen, wie Staub in die Luft gelangt, aber nehmen wir an, dass gut umgewälzte Luft eine konstante Staubkonzentration aufweist, die durch Erzeugung, Mischung und Diffusion erneuert wird. Normalerweise nähert sich Staub, der sich auf Oberflächen ansammelt, diesen Oberflächen durch Absetzen; Die Schwerkraft zieht die Partikel nach unten, so dass ihre Durchschnittsgeschwindigkeit nach unten gerichtet ist (deshalb sammelt sich auf horizontalen Oberflächen Staub an, während auf vertikalen im Allgemeinen viel weniger Staub anfällt). Im Fall der horizontalen Oberfläche würde die Staubmenge, die sich der Oberfläche nähert, folgen m ˙ = m p C v s Wo m p ist die Masse eines Teilchens, C ist die Konzentration (Partikel pro Volumen) und v s ist die Absetzgeschwindigkeit ( 0,25 m s zum 100 μ m Partikel.

Bei einem Deckenventilator wird die Geschwindigkeit, mit der sich Staub den Oberflächen nähert, nicht von der Schwerkraft dominiert, sondern von der Geschwindigkeit, mit der sich das Blatt durch die Luft bewegt. Die maximale Geschwindigkeit für Klingen kleiner als 1 8 wird durch das UL auf begrenzt 2400 f t m ich n oder ungefähr 12 m s . Wenn die Staubansammlung das Einzige wäre, was für die Staubansammlung wichtig wäre, würden Ventilatoren Staub etwa 50-mal schneller ansammeln als eine horizontale Oberfläche.

Staubeinwirkung

Damit Partikel auf die Klinge treffen, müssen sie sich in Richtung der Klinge bewegen, aber die Luft muss um die Klinge herum strömen. Dies erfordert, dass sich die Partikel relativ zur Luft bewegen. Im Falle des Absetzens von Staub wird dies durch Schwerkraft und Diffusion erreicht. Der Staub, der sich an Wänden ansammelt, ist auf Diffusion zurückzuführen, während die Schwerkraft den Staub auf horizontale Oberflächen zieht. Im Fall von Ventilatorflügeln gibt es eine andere Möglichkeit, wie sich die Partikel relativ zur Luft bewegen können: Trägheit.

Nehmen Sie das Beispiel eines Sandstrahlers. Sowohl der Sand als auch der Luftstrahl von der Düse auf eine Oberfläche. Der Sand fährt mit nahezu dieser Geschwindigkeit fort, bis er auf die Oberfläche trifft. Die Luft breitet sich jedoch aus und verlangsamt sich bis zu dem Punkt, an dem sie an der Wand keine Geschwindigkeit hat (kein Schlupfzustand). In diesem Fall wird der Weg des Sandes durch den Luftstrom kaum beeinflusst, da die Sandpartikel im Vergleich zum Luftwiderstand und zur Zeitskala eine große Trägheit haben.

Denken Sie nun darüber nach, was passieren würde, wenn eine Nebelmaschine auf eine Oberfläche gerichtet wäre. Der Nebel würde sich einfach mit der Luft ausbreiten und sehr wenig Nebel würde tatsächlich auf die Oberfläche treffen. Sicher würde es sich entlang der Oberfläche bewegen, aber es würde nur durch Diffusion auf die Oberfläche stoßen.

Wenn wir die Sandpartikel in einem Sandstrahler verkleinern würden, würden sie sich immer mehr wie der Nebel verhalten, da ihre Trägheit ( d 3 ) wurde relativ zu ihrem Luftwiderstand ( d 2 zu d da die Partikel noch kleiner werden)

Die Aerodynamik dieses als Trägheitsaufprall bezeichneten Prozesses ist für Strahlen rechtwinklig zu einer Oberfläche gut bekannt, kann aber auch auf eine Lüfterschaufel angewendet werden, die sich durch die Luft bewegt. Wenn sich das Lüfterblatt bewegt, muss sich die Luft an der Vorderseite des Blatts zu beiden Seiten bewegen, wodurch eine sehr ausgeprägte Beschleunigung in der Luft entsteht. Sobald die Luft auf der einen oder anderen Seite ist, muss sie nicht viel beschleunigen. Dies ist vergleichbar damit, wie die Luft in einem Jet nur beschleunigen muss, während sie sich von der Bewegung zur Oberfläche hin zur Bewegung entlang der Oberfläche dreht. Ich würde schätzen, dass der Krümmungsradius für eine Lüfterflügelbreite von w f wäre vergleichbar mit dem Krümmungsradius für einen breiten Strahl w j wenn w f 3 w j

Die Gleichung für die Grenzgröße von Partikeln, die aufprallen oder mit der Strömung mitgehen, ist gegeben als

d 50 = 9 η w j S t k 50 ρ p v

Wo η ist die Viskosität der Luft, S t k 50 ist eine experimentell bestimmte Stokes-Zahl (0,59 für rechteckige Strahlen), ρ p ist die Dichte der Teilchen, und v ist die durchschnittliche Strahlgeschwindigkeit.

Einstecken für die vorherige Geschwindigkeit von 12 m s , die Dichte von Wasser als Teilchendichte und 1 8 wie es die Breite des Ventilatorflügels ergibt d 50 20 μ m . Dies zeigt, dass Partikel oben 20 μ m würde auf die Vorderseite des Lüfterflügels treffen. Da dies den größten Teil des Hausstaubs abdeckt, würde der meiste Hausstaub auf die Vorderkante dieses Lüfterflügels auftreffen.

Bei den großen Oberflächen des Lüfterflügels bewegt sich die Luft und der Staub mit ihr entlang der Oberfläche, sodass der einzige Grund, warum Staub auf die Oberfläche auftreffen würde, die Diffusion wäre, oder wenn es einen kleinen Defekt gibt, um den sich die Luft bewegen muss. Wir könnten jeden dieser kleinen Defekte auf ähnliche Weise modellieren. In diesem Fall wäre die Geschwindigkeit die Geschwindigkeit innerhalb der Grenzschicht auf Höhe des Defekts. Die Geschwindigkeit in einer Grenzschicht sehr nahe an der Oberfläche kann modelliert werden als

v ( x , j ) = 0,002 v 0 ρ v 0 η x j

War x ist die Entfernung entlang der Strömung, und j ist die Höhe über der Oberfläche.

Wenn wir dies in unsere Gleichung für den Grenzdurchmesser einsetzen, hebt die Höhe der Defekte das Geben auf

d 50 = 40 η S t k 50 ρ p v 0 ρ v 0 η x

Einstecken für Luft und unsere Geschwindigkeitserträge

d 50 = ( 5 × 10 13 m 3 x ) 1 4

Nehmen wir an, wir können nur Partikel einfangen, die so groß sind wie unsere Defekte. Ein typischer Wert für die Oberflächenrauhigkeit von quer zur Maserung geschliffenem Holz (wie er für Deckenventilatoren typisch ist) liegt bei ca 20 μ m . Wenn wir sagen, dass ein Defekt fünfmal so groß ist, könnten wir nur Partikel einfangen, die es sind 100 μ u oder kleiner. Allerdings, wenn wir einstecken 0,4 m m zum x wir erhalten einen Trenndurchmesser größer als 100 μ m was darauf hindeutet, dass keine Partikel, die wir einfangen könnten, tatsächlich unseren Defekt beeinflussen würden. Dies bedeutet, dass nur sehr große Defekte oder Defekte sehr nahe an der Vorderkante des Lüfters betroffen sind und die Möglichkeit haben, sich festzusetzen.

Staubhaftung

Jetzt ist die Frage: "Klebt es?" Damit Partikel haften bleiben, müssen sie durch die Van-der-Waals-Kraft, statische Aufladung oder Oberflächenspannung von Umgebungsflüssigkeiten an der Oberfläche gehalten werden. Diese Kräfte skalieren mit d dabei zwingt die Entfernung Zentripetalbeschleunigung und Widerstandsskalierung mit d 3 und d 2 beziehungsweise. Das bedeutet, je kleiner die Partikel werden, desto eher haften sie, und je größer sie werden, desto weniger haften sie. So können wir die Partikelgröße finden, die mit gleicher Wahrscheinlichkeit haften bleibt, und wenn unsere Partikel kleiner sind, haften sie.

Die Anfangshaftkraft lässt sich am einfachsten mit einer experimentell hergeleiteten Formel abschätzen.

F a d h = 0,063 k g s 2 d ( 1 + 0,009 R H )
Wo R H ist die relative Luftfeuchtigkeit in Prozent. Dieses Modell wurde für Glaskugeln erstellt. Die Haftkraft für unseren Staub würde wahrscheinlich mit der Zeit zunehmen, wenn sich der Staub verformt, um näher an die Oberfläche zu kommen.

Die Zentripetalkraft (die als reale Kraft rotierende Referenzrahmen erscheint) wäre nur

F c = ρ p d 3 v 2 r
Also für einen Fan mit einem Radius von 70 c m Die Adhäsionskraft würde mit der Zentripetalkraft bei einem Durchmesser von ausgleichen 550 μ m . Dies ist größer als alle unsere Partikel, sodass unsere Partikel nicht sofort abgeworfen würden, sodass sie sich verformen und weiter an der Oberfläche haften müssten.

Die Widerstandskraft kann modelliert werden als

F d = 1 4 ρ v 2 π d 2
Wobei als Luftwiderstandsbeiwert ein überschätzter Wert von 2 gewählt wurde. Für diese Kraft müssten die Teilchen etwa sein 560 μ m abgeblasen werden. Dabei wurde natürlich die volle Strömungsgeschwindigkeit ausgenutzt 12 m s aber die Grenzschicht um den Lüfter würde dafür sorgen, dass der Staub niemals so hohe Geschwindigkeiten sehen würde.

In Wirklichkeit gibt es andere Phänomene, die bei der Partikelentfernung eine Rolle spielen, zum Beispiel wenn ein neues Partikel auf ein bereits anhaftendes Partikel trifft, besteht die Möglichkeit, dass beide Partikel entfernt werden. Es ist schwierig, diese Wechselwirkungen zu modellieren, da sie von vielen Variablen abhängen, einschließlich Partikelsteifigkeit und -geometrie. Natürlich gibt es statistische Modelle, die auf Experimenten basieren, um diese Faktoren abzuschätzen, aber ich glaube, dass die bereits bereitgestellten Informationen ausreichen sollten, um zu erklären, warum Staub an Lüfterflügeln haftet und warum sich an der Vorderkante viel mehr Staub befindet als anderswo.

Die meisten Informationen in diesem Beitrag, die nicht elementare Aerodynamik, meine eigene Analyse oder anderweitig zitiert waren, stammten aus "Aerosol Technology" von William C. Hinds

Ich denke, das ist die richtige Erklärung. Der entscheidende Punkt, den andere nicht erwähnen, ist die Bedeutung der Trägheit. Damit kleine Staubpartikel von den Fluidstromlinien abweichen, muss das Fluid tatsächlich stark beschleunigt werden, sodass die Trägheit der Partikel nicht mehr vernachlässigbar ist. Dies wird hauptsächlich nur in der Nähe der Vorderkante des Ventilators erreicht.

Hier sind einige meiner Beobachtungen:

  • Wenn kein Lüfter verwendet wird, ist das Anhaften von Staub mit der gleichen Rate wie bei anderen Objekten.

  • Wenn ein Lüfter verwendet wird, kann der Staub auch bei langsamer Rotation viel schneller haften bleiben als bei einem nicht verwendeten Lüfter.

  • Der Staub bleibt nicht nur am Propeller haften, sondern auch am Abdecksteg dahinter und davor. An beiden Stellen kann es zu einer dicken Staubschicht kommen.

  • Um den Lüfter herum befindet sich eine (Kunststoff-?) Beschichtung, sodass dort kein Metall direkt freiliegt.

  • Die Staubansammlung ist in der Nähe der Küche etwas schneller. Die Lüfteroberfläche hat auch viel Öl.

Daher denke ich, dass der wichtigste Grund für eine hohe Haftrate der hohe Luftdurchsatz sein sollte. Staub bewegt sich nicht zum Lüfter selbst.

Aus Gründen des Klebens denke ich, dass es an der elektrostatischen Aufladung des Staubs liegen sollte. Es ist vergleichbar mit der Entstaubung in Kraftwerken. Außerdem kann Staub an den meisten gängigen Oberflächen wie Tischen, Wänden und Kunststoffen haften, sodass es nicht wichtig sein sollte, ob der Lüfter aufgeladen ist.

Sowohl elektrostatische Aufladung als auch Öl sollten die Haftrate erhöhen. Nach dem anfänglichen Kleben sollte die raue Oberfläche ein leichteres Kleben für späteren Staub ermöglichen, daher denke ich, dass sich die Ansammlungsrate beschleunigt.

Ich vermute, dass eine sehr dünne Ölschicht die Klinge bedeckt, vielleicht wegen der Nähe zu den geölten Lagern, was sie ein wenig klebrig macht. Die Klinge würde überschüssigen Staub aufnehmen, da sie sich durch mehr Luft bewegt, als wenn sie stationär wäre. Gemäß dieser Hypothese ist statische Elektrizität nicht beteiligt.

Ich wasche den Propeller immer mehrmals mit Reinigungsmittel, wenn ich ihn reinige. Der Staub haftet immer noch am Propeller. Der Staub bleibt auch an der zellenartigen Schutzhülle haften.
Ventilatoren sind oft in Küchen zu finden, was sie noch wahrscheinlicher mit Öl verklebt. Vielleicht nicht Ihr Fan, aber ich bin sicher, dass diese Erklärung mindestens die Hälfte des Staubs auf Lüfterflügeln ausmacht!

Da es so aussieht, als ob die Teilnahme an Kopfgeldfragen so etwas wie unser Gruppensport ist, konnte ich nicht widerstehen, auch über die Frage nachzudenken.

Ich denke, dass die Antworten, die nach der verschwindenden Geschwindigkeit am Propeller gegeben werden, das Phänomen wahrscheinlich nicht erklären werden. Staubpartikel haben, obwohl sie sehr dünn sind, eine dreidimensionale Form. Selbst wenn es also keine Geschwindigkeit im Abstand Null gibt (was die erwähnte Randbedingung ist), wird es eine relative Bewegung entlang des Staubpartikels geben (denken Sie daran, dass Turbulenzen auf jeder Skala für die Navier-Stokes-Gleichungen stattfinden), die meiner Meinung nach wirkt als Zugkraft auf das Teilchen.

Meiner Meinung nach bezieht sich das Problem auf ein elektrostatisches. Der Propeller ist aufgrund seiner Bewegung durch die Luft und der anhaltenden Reibung höchstwahrscheinlich etwas aufgeladen. Die (möglicherweise sogar sehr kleine) Ladung induziert ein Dipolmoment bei den Staubpartikeln in der Nähe, die meiner Meinung nach als dielektrische Kugeln behandelt werden könnten.

Dieses Dipolmoment zieht dann die Staubpartikel an, die dadurch die Oberfläche berühren. Wenn jetzt alles Metall wäre, wäre sofort (Voll-)Ladungsausgleich und die Anziehungskraft würde verschwinden. Aber unter der Annahme eines dielektrischen Mediums bleibt ein gewisses Dipolmoment, ebenso wie die Anziehungskraft und der Staub auf dem Propeller.

Grüße

Edit: Ich habe gerade gesehen, dass das elektrostatische Argument bereits aufgekommen ist. Trotzdem hoffe ich, dass meine Erklärungen immer noch nützlich sind.

Richtig, die Grenzschicht sorgt dafür, dass der Staub nicht vom Lüfter selbst aufgewirbelt werden kann. Aber es konnte nicht die Frage beantworten, warum der Staub überhaupt von der Klinge angezogen wird. Ich denke, es hängt mit dem Kavitationsphänomen zusammen. Aber anstatt kochende Blasen zu verursachen, die von einem rotierenden Lüfter in Flüssigkeit zerrissen werden können, zieht es nur die Staubpartikel an. Vielleicht, weil die Luftdichte 1/1000 der Dichte von Wasser ist.

Es wird durch die relative Bewegung zweier verschiedener Materialien verursacht, die statische Aufladung verursachen - Der triboelektrische Effekt. Vereinfacht gesagt wäre der Ventilator das eine und die Luft und alles darin das andere.

http://www.explainthatstuff.com/how-static-electricity-works.html

Ich glaube, die durch diesen Effekt verursachte statische Aufladung zieht den Staub zum Lüfter. Zusätzlich tragen viele andere in den Antworten erwähnte Faktoren wie Dampf und Öl bei.

Ich habe die folgende Passage von Steven Vogel in Life in Moving Fluids , Seite 21, genossen. Hier erklärt er nur Grenzschichten, nicht speziell Staub auf Lüfterflügeln.

»Der zu Recht skeptische Leser mag in unserer Demonstration der Viskosität eine merkwürdige Annahme entdeckt haben: Die Flüssigkeit muss an den Wänden des [Behälters] haften, anstatt einfach an den Wänden entlang zu gleiten.

Jetzt klebt Flüssigkeit sicher an sich. Wenn sich ein winziger Teil einer Flüssigkeit bewegt, neigt er dazu, andere Flüssigkeitsteile mit sich zu führen – das Ausmaß dieser Tendenz ist genau das, worum es bei der Viskosität geht. Weniger offensichtlich haften Flüssigkeiten genauso gut an Feststoffen wie an sich selbst. Soweit wir es aus den allerbesten Messungen erkennen können, ist die Geschwindigkeit einer Flüssigkeit an der Grenzfläche zum Festkörper immer genau gleich der des Festkörpers. Diese letzte Aussage drückt etwas aus, das als "Kein-Rutsch-Zustand" bezeichnet wird - Flüssigkeiten rutschen nicht in Bezug auf benachbarte Festkörper. …

[Eine] Besonderheit dieser rutschfesten Bedingung ist, dass die Art der festen Oberfläche sehr wenig Unterschied macht. Wenn Wasser ohne komplizierte Luft-Wasser-Grenzfläche über einen Festkörper fließt, gilt die Rutschfestigkeitsbedingung, unabhängig davon, ob der Festkörper hydrophil oder hydrophob, rau oder glatt, fettig oder sauber ist. Die Art der festen Oberfläche spielt nur dann eine Rolle, wenn wir auch eine Flüssig-Gas-Grenzfläche haben – kurz gesagt, wo die Oberflächenspannung ein Faktor wird.“

Die rutschfeste Bedingung hat eine Reihe wichtiger Auswirkungen. Insbesondere bedeutet dies, dass immer dann, wenn eine Flüssigkeit über einen Festkörper strömt, ein Geschwindigkeitsgradient vorhanden ist. … In der Praxis erklärt der rutschfeste Zustand (teilweise) warum sich Staub und Schmutz auf Lüfterflügeln ansammeln, warum Rohre (einschließlich Blutgefäße) Probleme durch Ansammlung von Ablagerungen und nicht durch Abnutzung haben und warum ein bisschen schwebendes Gestein ist im Wasser benötigt, damit letzteres effektiv ätzend wird. … Überlegen Sie alternativ, warum Spüllappen und Mopps so viel effektiver zum Reinigen sind als bloßes Spülen.«

Der meiste Staub setzt sich am Staupunkt (stromlinienförmige lokale Geschwindigkeit = 0) an der Vorderkante des rotierenden Lüfters ab. Dies wird weiter durch die Grenzschicht unterstützt.

Der Lüfter wird in der Tat den größten Teil des Staubs wegblasen. Es spielen jedoch zwei Faktoren eine Rolle, die die Staubansammlung darauf erhöhen.

  1. Nicht aller Staub lässt sich einfach wegblasen: Nehmen Sie eine staubige Oberfläche und pusten Sie darauf, wischen Sie sie dann sauber und beobachten Sie, wie viel Staub noch übrig ist. Viele Staubpartikel enthalten Fett/Harze (insbesondere wenn Sie rauchen), und diese haften an jeder Oberfläche, mit der sie in Kontakt kommen.

  2. Die Staubansammlung nimmt mit dem Luftvolumen zu, mit dem ein Ventilator im Vergleich zu einer statischen Oberfläche in Kontakt kommt.

Infolgedessen bekommt der Lüfter während des Betriebs viel Staub ab, aber es ist nicht genau derselbe Staub wie auf statischen Oberflächen. Staub, der weggeblasen werden kann, setzt sich meist an anderer Stelle ab .