——今個的天氣真熱啊，像火爐一樣。

——一直吹風扇唄，還能熱死不成？

這是以前夏天的時候常有的對話。現在CAE從業者想把吹風扇這個問題當作一個科學問題去深究一下：密閉空間里的風扇能降溫嗎？

 

密閉空間，指的是一個局部的空間，這個空間占有一定的體積，與空間以外的外界沒有物質的交換，具有封閉的屬性。但是密閉空間這個詞并沒有涉及能量，所以討論密閉空間的能量問題時，要分情況去討論。

 

第一種情況：密閉空間與外界沒有能量交換，比如一個密室，內部墻壁噴涂滿了絕熱的聚氨酯，整個密室是一個熱量的絕緣體。在這種情況下，里面有一個風扇在不停地扇風，那么里面的溫度會上升還是下降？下面CAE從業者來剖析一下這個問題。

首先，CAE從業者要說，這個問題其實是問得不嚴謹的，即然要把這個問題當作一個科學問題來深究，那就要所有要素都要嚴謹，要定性定量。為什么說不嚴謹呢？因為沒有說清楚這個密閉空間自身的溫度情況，溫度也是一個場變量，是具有分布屬性的，要問密閉空間的溫度會上升還是下降，必須說明溫度的初始場分布，就和求解微分方程必須給定初值一樣的道理。

1、密閉空間，如果經過了很長的時間了，里面的溫度場分布已經達到均態了，那么這是一種分布；

2、另一種是密閉空間的溫度場仍然有梯度，還沒有到達均態，那么這是另外一種分布。

如果是第一種分布，初中物理就告訴過我們，風扇吹風時和空氣摩擦，會有風摩損耗的存在，風摩損耗最終轉化成熱量使得密閉空間的溫度升高；如果是第二種分布，那么當風扇吹風時，密閉空間的溫度梯度會加速消散，在初始的一定時間內，這個溫度場分布會發生變化，高溫區域會把熱量對流給低溫區域，也就是說，密閉空間內部區域的溫度會有升有降，關鍵看你把溫度傳感器放在哪里去測，但是隨著時間的推移，這個密閉空間的溫度總會因為風摩損耗而升高，初始的一定時間內發生的事情我們可以稱為“瞬態”或“暫態”。

這里面還有一種特殊的情形，那就是如果密閉空間里的傳感器是“人”，因為人的皮膚是一個巨大的傳感器。在高溫的隔熱密閉空間里，風扇吹出來的風當然是熱風。至于人在風扇前感覺是涼風還是熱風，這是另外一回事，如果密閉高溫的溫度低于人體體表溫度，人會感覺吹的風是涼風；如果密閉高溫的溫度高于人體體表溫度，人會感覺吹的風是熱風。如果人皮膚上有汗或者水，即使密閉高溫的溫度高于體表溫度，那么在風扇吹熱風使得汗或水蒸發時，人體可能也會感覺吹的風是涼風，因為這個時候水蒸發帶走的熱量會多于熱風對流給皮膚的熱量，從而使得皮膚感覺風是涼的。那么到這第一種情況就剖析結束了。

 

第二種情況，密閉空間于外界有能量交換。這種情況其實在現實種也很常見，比如一個密閉的玻璃房子，一個密閉的汽車。對于有能量交換的密閉空間，其實剖析的思想和第一種情況類似，只不過更加復雜一些。如果密閉空間吸收的熱量多于散發的熱量，那么密閉空間的溫度最終會升高，且伴有暫態過程；反之類推。比如一個密閉的汽車，夏天在陽光下曝曬，里面的溫度會急劇升高到七八十度。一個密閉的瓶子里裝有一個氣球在放入液氮后不一會兒氣球就癟了。這些現象都是密閉空間和外界熱量交換的結果。

對于第二種情況，有一個種比較有意思的問題，就是密閉空間里存在發熱物體，那么如果在這個密閉空間里放入一個轉動的風扇，在經過一段時間后，發熱物體的溫度會比不加風扇更低嗎?針對這個問題，CAE從業者采用XFlow作為求解器，建立了一個類似永磁電機端部的模型，因為永磁電機端部存在一個近似的密閉空間，這里為了簡化問題，做成完全的密閉空間，繞組端部作為內部的發熱源，并在密閉空間里面對繞組端部建立了實際的風扇模型，用實際的仿真數據去求證上述問題的答案。

 

下圖是仿真所用的模型，包括繞組端部、簡化定子、外殼，內部形成了一個密閉空間，繞組端部和定子均為發熱源。

  

在經過一定時間后，繞組會達到比較高的溫度，內部空氣的溫度也會升高。下面給出一定時間后帶風扇和不帶風扇的結果對比。

從XFlow的仿真對比結果可以看出，在一定時間后，帶風扇確實比不帶風扇的繞組溫度低了一點，這是因為風扇轉動加速了空氣對流同時加速了熱量的均衡化，而且風扇本身也有一定的熱容。但仿真模型并未考慮風摩損耗和機械損耗，所以這個仿真的溫度差實際上會更小一些。