3Dプリンターでターボファンを作って実験してみた ～どんな形状が最も吸引力がある?～

こんにちは、Rcatです。
今回は以下の記事で掃除機を作っていますが、その時どんなファンの形状がいいのか実験することにしたので、その内容をまとめます。
具体的には掃除機に対応するためのファンの種類の検討と形状の検討です。
流体力学とか細かいことをよくわからないので、実際に作って回して実験という感じです。

※公開前の場合があります

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ファンの形状を検討する

さて、一口にファンと言っても色々な種類があります。

パッと思いつくのは扇風機とかについているプロペラファンですね。
しかし、今回は吸引力の方が目的なので、そちらに強い遠心ファンというものを使います。
以下の画像で言うと、左の2つが遠心ファンにあたります。

そもそもどんなファンがいいのか調べる

ちょっとを調べてみたところ、以下のサイトで吸引力について語られていました。
https://dio-pulshot.com/basic/blowerfeatures/
こちらのサイトによると、羽の大きいターボファンが最も吸引力があるとのことです。

また、インターネット上に転がってていいのかよくわかんないですが、こんな資料もありました。
こちらでは羽根の向きに関して書かれています。
https://www-me.ait231.tokushima-u.ac.jp/labs/fmlab/lecture/%E6%B5%81%E4%BD%93%E6%A9%9F%E6%A2%B08(%E3%83%8E%E3%83%BC%E3%83%88%E7%94%A8)101203.pdf

私にこの資料のグラフを読み解く知識はないので、どういうことが書かれているのかをチャットGPTに聞いてみました。
正直言ってることが正しいのかはよく分かりませんが、趣味の工作なので、ひとまずこの情報で良いとします。

というわけで採用するファンは羽の枚数が少ないターボファンで、かつ後ろ向きに曲がっている羽の形状のものとします。

ファンの形状を作る

具体的な情報はインターネットではなかなか出てこなかったので、ある程度のところで妥協します。
あんまり良くないやり方ですが、とりあえずチャットGPTの言うことを鵜呑みにして作ってみましょう。

羽の出口角度は20度から50度程度が多いみたいですね。

入り口角度は具体的な数値が得られませんでした。

実験用ファン作成

というわけで、いくつか角度を使う羽を用意して実験してみましょう。
試作品がこちら
極端に羽が経っているものと寝ているものを用意しました

ノーマルファン
中間位のものも用意します

実験器具作成

次は実験器具の方を作成していきます。
今回は吸引力のテストなので、それができるような形を考えます。

3D形状

というわけでこのような形にしてみました。

断面図の方が分かりやすいので、こちらで解説します。
ほぼ掃除機を作るための構造と同じです。
掃除機の場合はフィルターを通したりゴミを貯めたりする場所が必要ですが、実験装置の場合は必要ないので、吸気する場所に直接ダクトをつけています。
ちょっと工夫した点としては、ファンの上方向に少しだけダクトをつけることで、横から空気が漏れにくいようにしています。

組み立て途中はこんな感じ。

最後にダクトをくっつけて完成

吸引力の実験をしてみる

では、メインディッシュの実験に移ります。
実験方法は秤を吸い上げて何gくらいの浮力を得られるかで実験しようと思います。
イメージとしては以下のような感じです。

実験する

実験風景は以下の通りです。
実験装置の上に洗濯機用の排水ホースをつなげて吸引経路を作ります。
そして、先端のラッパ部分を測りにギリギリまで近づけてその時の測りの値と電流を記録します。
ファンの出力は40%固定です。
結構ばらつくのでアバウトにはなってしまいますが、大体の傾向はつかめるのではないかと思います。

今回実験するのは羽の角度が違う3パターンです。
なお、実験順序は高、低、中の順番にやりました。
中の時だけ逆向きに羽がついてるので回転も逆向きです。
この時、最後の最後でファン上部のダクトが折れてしまったので、そこは検討の余地ありかと考えてます。

実験結果

それでは実験結果を確認します。