一、本文的來由
這篇文章之前的一年多時間，我做了較多吸塵器的測評，主要是從使用者端的使用、操控來評價一款吸塵器的效能和品質，我發現，2020年代市面上的主流吸塵器產品——無線手持吸塵器，從1000元以內到5000價位的產品，應對地面的日常浮灰，在吸塵能力上展現出來的結果差異並不明顯。
我試著嘗試過很多次，去搜索Dyson吸塵器的設計有什麼高深之處，比如我關注到Dyson的氣旋分離結構和國產機型完全不同。
為什麼同樣是多錐氣旋分離，為什麼數量不一樣，為什麼直徑不一樣，為什麼Dyson是雙層結構？
為什麼它要把這個氣旋設計成花裡胡哨，這是一種虛浮的、唬人的工業設計嗎？國內外的各種網站，基本上沒有找到有效的資訊，只能從一些類似吸塵器的產品中找到一些蛛絲馬跡，經過一段時間各種知識點的累積和分析，我基本上摸清了Dyson多錐旋風結構的設計邏輯，下面為大家分享我分析的這些原理。
因為網上沒有這些詳細、客觀的技術分解，所以我就自己來吧，於是寫了這篇文章。
二、旋風分離的前世今生
我們日常的民用產品中的技術，很多一部分是來源於軍事和工業，吸塵器的塵氣分離技術，也不例外，旋風分離技術面世已經有130多年曆史。
第一臺“旋風分離器”於 1885 年由美國人John M. Finch獲得專利，並且將該設計應用於他的Knickerbocker公司，被用作“集塵器”。
旋風分離是一種透過渦流分離從氣體流或液體流中去除顆粒的方法，而無需使用傳統篩狀過濾器，它利用的是不同物質在高速旋轉下產生不同的離心力。 旋轉方向的力和重力合力下巧妙實現分離固體和流體的混合物。
空氣以螺旋模式流動，從旋風分離器的頂部（大口徑端）開始，在底部（小口徑端）結束，然後以直線流離開旋風分離器，乾淨的空氣穿過旋風分離器的中心並從頂部流出。旋轉流中較大（密度較大）的顆粒有太大的慣性，無法跟隨流的緊密曲線，因此撞擊外壁，然後落到旋風分離器的底部，底部就是集塵器的塵倉。
早期，它被用於木工廠的木屑分離，下圖中就是一個鋸木廠裡巨型的旋風分離裝置：
在 1900 年代，這項技術透過在實際場景中提供大規模分離作用而在工業上獲得了廣泛的吸引力。另一位美國發明家OM Morse在1905年獲得了一項類似的專利，發明了一種新的“集粉器”，這次被分離的物件變成了用於麵粉廠中的粉塵，因為在當時發生過幾起因為粉塵爆炸的事故。
在之後的七八十年內，氣旋分離被應用於不同的工業場合，直到有一天，James.Dyson在木工廠觀察到了這一巨型分離裝置，他將這種巨型旋風裝置設計成小型化，嵌入到當時的G-Force吸塵器，就是下圖左邊這臺：
要知道，當時的吸塵器行業，還是以Hover、伊萊克斯這些傳統吸塵器廠家為代表的，塵袋式過濾結構，這種結構的原理非常簡單，就是透過一定密度的濾網來攔截無法透過的顆粒物，但是當塵袋累積的垃圾越來越多，塵袋上的無數縫隙被逐漸塞滿，導致吸塵器的吸力下降，使用者需要重新更換塵袋來恢復吸力。
Dyson想要找他們合作，透過他的旋風分離方式改進到當時的吸塵器行業，結果是不斷地碰壁，我想不是因為技術，而是這種技術擋住了他們源源不斷的塵袋銷售的財路。
是金子總會閃光，最終一家日本公司給Dyson帶來了機會，在之後的很多年裡，Dyson不斷演進他們的氣旋技術，直至今天：
從單一的旋風分離、到雙旋風、到多旋風、再到多級旋風，以及最佳化過的具體結構，比如錐底的微振動裝置，這有助於減小越來越小尺寸旋風被堵塞的風險：
現在，越來越多吸塵器選用了Dyson引入的這種氣旋分離裝置，越來越多手持吸塵器採用了多錐體氣旋分離設計。
三、多錐分離深入分析
我們先看幾個例子，會好理解一些。
每個人都玩過的呼啦圈：
運動會上的鐵餅運動：
以及，在大球體轉動時，內部的各種小球開始分佈在球壁上：
有一個規律顯而易見——速度是離心力很重要的引數，呼啦圈要快速轉動才會不掉下去，鐵餅被投擲出去前運動員要快速轉幾圈，圓球的速度越快，內部小球就越均勻散佈在大球球壁上。
很容易我就找到了關於離心力的公式：
上圖公式中，離心力的三個因素：物體質量、圓周半徑、速度（有的公式會用w角速度，其實角速度w和速度v是成正比的，與半徑有關，所用用w或者v，對趨勢研究來說是一樣的）。
對應到吸塵器中，就是：
- 物體質量對應灰塵顆粒的質量；
- 圓周半徑對應多錐體的半徑；
- 速度對應氣流速度。
再詳細一點：
- 同樣的一堆灰塵，同樣的氣旋尺寸下，氣流速度越快，分離效果越好；
- 同樣的一堆灰塵，同樣的氣流速度下，氣旋尺寸越小，分離效果越好；
- 同樣的氣旋尺寸，同樣的氣流速度下，顆粒物越大越重，分離效果越好。
四、Dyson的氣旋分離還有優勢嗎？
我們再回過頭看這個圖：
同樣是氣旋分離，左邊的Dyson錐體數量遠遠大於右邊的，而且它是雙層結構，右邊的吸塵器是單層結構。
我和大家一樣，在沒有深入瞭解它的技術原理之前，肉眼感知到的應該是左邊的更強，複雜的設計往往更容易讓人造成更專業的感覺。
現在有了第三章的理論分析，我們很容易得出一些結論：
1、Dyson使用了更小的錐體，單個錐體的分離效率更好了。
2、Dyson使用了二級分離，在第一級分離殘留後的空氣裡，再次做了一次分離，這一次的錐體設計是為了分離更小的顆粒。透過二級分離後，微米級的顆粒被更多濾除，所以Dyson的吸塵器，後級HEPA濾網幾乎不會髒。
3、從V6~V15，dyson的電機轉速在不斷提升，大家可能只關注到吸力的提升，而我分析得出，即使是100AW左右的dyson產品，吸力早就夠了，電機轉速的一再提升，一方面是營銷目的，另一方面它確實也提升了旋風分離的效率。
4、雖然錐體更小，但是數量更多，總的風道面積並未減少，而且相比於單個大旋風，多個小旋風的方式，對電能的利用效率更高，更加節電。
為此，我今天特意又拍了下家裡Dyson V8的照片，一個我使用3年多，從未清洗和更換的後級HEPA濾網，它幾乎還是白的，乾淨的不可思議，作為參考，我在左邊放了一個V10 Slim的新HEPA濾網：
關於旋風技術的原理，我只能研究到皮毛，如果要深入到具體的設計，錐體的角度、長度、進出風口的形狀和開口大小，這些需要有系統的空氣動力學基礎。
就像Dyson公司的設計總監Alex Knox說的，在解釋氣旋的隱藏意義時，戴森有一個人知道這一切，他就是旋風專家Ricardo Gomiciaga)博士，他的整個職業生涯幾乎都在研究氣旋技術。
五、幾個結論
1、目前的大多數新推出的吸塵器，初始吸力足夠清潔正常的家庭粉塵，但注意這只是初始吸力。
2、轉速的提升對吸力有一定加成，但是對塵氣分離的效能提升意義更大，它可以分離更小的粉塵，蒐集到塵倉裡。
3、一款優秀的吸塵器，多錐分離的結構設計，至關重要，它可以讓吸塵器的二次汙染更小，而且能大大延長吸塵器的使用壽命。
