请教专家

加入我们的科学爱好者社区!

为什么风力涡轮机有三个窄叶片,而我家的风扇却有五个宽叶片? ——J. Lester,宾夕法尼亚州斯特劳兹堡

桑迪亚国家实验室风能技术部门的技术人员 Dale E. Berg 回答

风力涡轮机叶片和吊扇叶片之间的差异源于对比鲜明的设计标准:风力涡轮机旨在捕获高速风以高效发电;吊扇需要以低速移动空气,并使用廉价的组件。


支持科学新闻报道

如果您喜欢这篇文章,请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道: 订阅。通过购买订阅,您将帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。


为了降低传动系统成本,风力涡轮机必须捕获快速移动空气中的能量并以相对较高的速度旋转——在限制范围内,以避免产生过度的噪音。(缓慢的旋转会增加扭矩,并需要更重和更昂贵的传动系统组件。)这种高效率的能量转换决定了使用升力型涡轮叶片,类似于飞机机翼,具有扭曲和锥形的翼型形状。叶片设计在风中产生压力差——一侧高压,另一侧低压——这导致叶片转动。结构和经济因素的结合推动了大多数风力涡轮机上使用三个细长叶片——使用一个或两个叶片意味着更复杂的结构动力学,而更多叶片意味着叶片和叶片与涡轮机的连接件的成本更高。

另一方面,吊扇的制造目的是通过轻柔地移动空气,使房间内的居住者感到舒适。其工程师致力于在风扇低速旋转(出于安全原因)时最大限度地减少噪音,并降低建造成本,从而降低购买价格。能源效率不是首要考虑因素,因为运行成本不高——一台典型的吊扇每天运行 24 小时,每月消耗约 60 千瓦时,平均电费约为 6 美元。因此,大多数吊扇都采用了相对低效的阻力装置叶片;旋转倾斜的叶片会将空气垂直推开。宽而扁平的叶片制造成本低廉,并且作为阻力装置效果良好。叶片越多越好,但有一个上限,通常的四或五个叶片的布局是平衡效率和成本之间权衡的结果。

2001 年《机械工程》杂志上的一篇文章记录了一个名叫丹尼·帕克的人为创造更高效的吊扇而进行的探索。帕克最初的叶片原型看起来很像风力涡轮机叶片,但最终结果(由于制造、安全和操作方面的考虑)是标准吊扇叶片和风力涡轮机叶片之间的混合体。

输血过程中,捐献者的 DNA 会发生什么变化? ——W. McFarland,佛罗里达州冬季花园

西奈山医学院助理教授 Michelle N. Gong 解释道

研究表明,输血接受者体内的供体 DNA 会持续数天,有时甚至更长时间,但其存在不太可能显着改变基因检测结果。红细胞是输血的主要成分,没有细胞核,也没有 DNA。然而,输血的血液确实含有大量含 DNA 的白细胞,或称白细胞——每单位(大约一品脱)血液中约有十亿个细胞。即使是经过过滤以去除供体白细胞的血液成分,每单位也可能含有数百万个白细胞。

研究人员通过一种称为聚合酶链反应 (PCR) 的方法检测到输血后的供体 DNA,该方法扩增微量的遗传物质,用于检测和鉴定特定基因。使用 PCR 扩增女性接受男性供体输血的女性受者体内男性基因的研究表明,供体 DNA 在受者体内持续长达七天。一项针对接受大量输血的女性创伤患者的研究表明,供体白细胞的存在长达一年半。

然而,所有这些结果都是使用非常灵敏的技术发现的,通过这些技术,供体 DNA 在比受者 DNA 更丰富的情况下被选择性扩增。在对供体和受者共有的基因进行扩增的研究中,结果反映了输血受者自身 DNA 的优势,表明供体 DNA 是一种相对无关紧要的闯入者。

有问题吗?... 发送至 experts@SciAm.com或访问 www.SciAm.com/asktheexperts

大众科学 Magazine Vol 300 Issue 2本文最初以“请教专家”为标题发表于 《大众科学》杂志 第 300 卷第 2 期(),第 84 页
doi:10.1038/scientificamerican0209-84
© . All rights reserved.