对于空气动力洗衣机的设想及研究

作者: 钱柏臣湖南省常德市芷兰实验学校;丁晟源湖南省常德市芷兰实验学校

如今,洗衣机已经成为日常家电,洗衣工作也变得越来越简单、方便。但大部分洗衣机需要使用大量的水和洗衣粉,在浪费资源的同时,也造成了环境污染。因此,我们就如何减少洗衣过程中的浪费、污染及损耗等问题,进行了研究。

一、研制目的和基本思路

目的:改变传统洗衣机的甩打、冲刷、模拟手搓等洗衣模式,利用空气动力技术原理,探索出一种全新的洗涤方式。

基本思路:利用高压空气的冲击和气泡在水中的运动所产生的机械力将衣物洗净,并结合加热洗涤和臭氧消毒等功能,研制出一种综合性的高压空气洗衣机。

二、设计原理

高压空气冲击的物理原理:高压空气能够产生巨大的冲击力和大量很容易穿透衣物表面的气泡,从而可以对衣物进行由内到外的完全清洗。

加热洗衣原理:温度越高,油污在水中的溶解度越高,衣物变得更易清洁。

臭氧清洗杀菌原理:臭氧的氧原子氧化,可破坏微生物膜的结构,最后实现杀菌作用。

三、实验与探究

实验1:探究不同气压下的洗涤效果

实验内容:利用空气压缩机,分别制造1、2、3、4、5个压强的大气压,对污染程度相同的毛巾进行洗涤。

实验数据:

结论:在保证大气压稳定的前提下,气压越大洗涤效果越强。

实验2:探究各方案的洗涤效果与性能

实验内容:分别采用只使用高压空气、只使用臭氧、只使用加热和三者全部使用的方式进行洗涤,并分别进行三次实验,以提高精确度。

实验数据:

只使用高压空气的三次实验,洗净率分别是80.13%、79.95%和80.23%。

只使用臭氧的洗净率分别是80.95%、81.31%和81.12%。

只使用加热的洗净率分别是82.30%、82.75%和82.17%。

三者全部使用的洗净率分别是80.65%、80.47%和80.52%。

结论:在分别使用臭氧和加热器后,洗涤效果明显提升;但当臭氧与加热器综合时,效果反而下降了。考虑到臭氧在高温中易分解的问题,我们设计了实验3对其进行探究。

实验3:探究在高压下,同时加热空气或加入臭氧对洗涤效果的影响

实验内容:在5个大气压下,分别采用未加热加臭氧、加热加臭氧、加热未加臭氧三种方式进行洗涤。

实验数据:未加热加臭氧的洗净率是80.98%,加热加臭氧的洗净率是80.55%,加热未加臭氧的洗净率是82.34%。

结论:由于对空气进行加热会间接影响水的温度,使臭氧在水中的溶解度降低,降低了臭氧洗涤效果。因此,我们决定在之后制作模型时把洗涤过程分为两步:先加热洗涤,漂洗时再加入臭氧洗涤。

四、模型制作

我们根据实验情况,制作了洗衣机模型。该模型采取分层结构设计,分为上、中、下三层:下层摆放空气压缩机、臭氧发生器、电加热器;中层摆放水管,并与其他两层隔离开,以防止漏水导致漏电;上层摆放内筒,内筒采取全封闭结构,防止洗涤时有水溢出。

随后,我们使用模型进行了实验,分别探究了以下几个问题:不同大气压的空气对洗涤效果的影响——有找到使洗涤效果最好的气压值;同时出气的气孔数量对洗涤效果的影响——找到合适的气孔数量;空气压缩机压缩相同的气压时其放气速度与洗涤效果的关系——找到最佳的放气速度。通过实验,最后我们采用了5个大气压、1个气孔和高速放气的洗衣模式。

空气动力洗衣机模型

根据现有洗衣机的结构,结合空气动力洗衣机的原理,我们还设计了更合理的未来洗衣机的结构。(如下图)

五、体会

在这次科学实验中,我们了解了新的有关流体力学、臭氧、洗衣机等方面的知识,对身边的事物有了更清晰的认识。同时,我们也认识到,创新其实并不难,只要愿意付诸实践,就可以创造出一个全新的产品。最后,感谢一路以来给了我们帮助的家长、老师和同学,在他们的支持和细心指导下,我们才能完成这项研究,也让我们明白,科技创新不止需要一个人的努力和天赋,还需要所有人的团结协助。

(指导老师/匡昭泽)

(注:本文为2016年湖南省青少年科技创新大赛一等奖获奖作品,有删节。)