1) Velocità relativa, 2) Movimento in avanti, 3) Limiti di dimensione. Tanto per cominciare.

Le pale delle ventole domestiche sono estremamente lente, quindi hanno bisogno di più accordi per spingere una quantità significativa di aria. Le eliche degli aerei si avvicinano alla velocità del suono alle loro punte e una bassa resistenza è fondamentale. Tutte le cose sono uguali, più span e meno accordi sono più efficienti. Ridurre la velocità relativa alle eliche ha rendimenti decrescenti, perché gli aerei stessi si muovono in avanti nell'aria, quindi un'elica molto grande aggiunge resistenza all'aereo per quanto lento sia.

Nei ventilatori domestici, i limiti di dimensione sono più critici dell'efficienza. Una lama ad alto raggio, a corda bassa (stretta) sarebbe più efficiente anche in un ventilatore domestico - in effetti, puoi trovare ventilatori domestici con tali lame. Ma devono ruotare più velocemente per la stessa quantità di flusso d'aria, che aggiunge rumore, o avere un diametro maggiore. I ventilatori da soffitto, che possono essere più grandi, hanno pale più lunghe e strette rispetto ai ventilatori da tavolo o da pavimento.

Le eliche delle navi si muovono in un mezzo estremamente denso e viscoso, che cambia le cose ancora di più. La resistenza del movimento nell'acqua è estremamente elevata e proporzionale alla potenza V³. La forza di spinta che producono è al massimo proporzionale a V² e può essere persa a causa della cavitazione ad alta velocità. Quindi la loro velocità deve essere mantenuta la più bassa possibile. Anche il costo di trascinamento dell'aggiunta di più corde è relativamente basso in acqua.

Sulle navi di grandi dimensioni, le eliche sono già grandi quanto possono essere costruite senza sporgere dall'acqua a basso pescaggio (su navi mercantili) o riducendo il numero di alberi che possono adattarsi (sui combattenti). Ciò consente loro di girare più lentamente e perdere meno potenza durante il trascinamento.

Alcuni ventilatori domestici hanno la forma delle eliche degli aeroplani, quelle che devono muovere molta aria alla massima velocità. Per un dato motore, hanno la massima efficienza, ma l'effetto di punta li rende rumorosi. Sono più adatti per applicazioni industriali.

Per l'interno della casa di famiglia ci sono altre considerazioni:

• Silenzio. Meglio se non sentiamo affatto la ventola girare.
• Bassa velocità dell'aria. Vogliamo solo sentire l'effetto rinfrescante dell'aria in movimento, non far perdere la forma ai capelli.
• Costo di acquisto. Questo è quello che vediamo direttamente. I costi di utilizzo sono nascosti nella bolletta mensile dell'elettricità.

Quindi, a tal fine, è preferibile una punta a movimento lento con molte lame larghe.

Penso che dovrebbe essere ovvio che la pala di un ventilatore è fondamentalmente un'ala che viaggia in cerchio. Quindi la domanda è cosa rende un'ala una buona vela?

In teoria e in pratica (misurazioni in galleria del vento o misurazioni del consumo di carburante di aerei reali) un'ala lunga e sottile è significativamente più efficiente di un'ala corta e larga. L'ala più efficiente per un dato profilo alare è in realtà una con apertura alare infinita. Ma poiché esiste solo un numero finito di elettroni nell'universo, non è possibile costruire questa ala perfetta. Invece gli ingegneri cercano di realizzare ali / eliche / pale del ventilatore tanto lunghe e sottili quanto pratiche date le limitazioni dei materiali.

Vedrai questo effetto anche nelle pale dei ventilatori domestici: in situazioni in cui la durata non è limitata, come i ventilatori a soffitto, le pale dei ventilatori tendono ad essere lunghe e sottili invece che corte e larghe come le eliche delle navi. Allora perché corto e largo? Limitazione dello spazio.

Quando la ventola deve stare su un tavolo, non puoi avere pale lunghe 1 metro. Ma non appena questa restrizione verrà rimossa, i designer passeranno a lame lunghe e sottili come quelle che puoi trovare sui ventilatori industriali da pavimento o montati a parete.

Certo, ci sono ventilatori da pavimento con le stesse identiche pale. come fan da tavolo, ma questo ha più a che fare con il riutilizzo di parti ed economie di scala che con l'aerodinamica.

Ora, in teoria, puoi anche avere un efficiente ventilatore corto e sottile su un ventilatore da tavolo: guarda le eliche di droni / aeroplani RC: sono spesso molto più corte delle pale dei fan da tavolo. Ma dovrai muovere le lame molto velocemente per spostare una determinata quantità di aria. Questo è molto rumoroso (hai mai visto volare un drone?). Quindi la seconda considerazione è il rumore. Per ridurre il rumore muovi le lame lentamente. Una lama lenta non muove molta aria, quindi aumenta la corda per renderli più larghi. Ciò si traduce in una ventola molto inefficiente ma l'efficienza non è la tua preoccupazione principale: stai progettando una macchina ferma su un tavolo che attinge energia da una presa nel muro. La riduzione del rumore e le dimensioni contano di più.

Imparare a volare e modellare la pala di una ventola, entrambe girano in aria ma l'elica cerca di muovere l'aereo e la ventola cerca di muovere l'aria.

Come influisce questo fattore nel design? Le eliche sono al di sopra e separate dai ventilatori in quanto generano portanza non solo deviando l'aria (sollevamento inferiore), ma anche dal loro movimento attraverso l'aria (sollevamento superiore). Questo si spiega meglio osservando la curva di portanza rispetto all'AOA di un profilo alare da 0 a 45 gradi. La portanza aumenterà fino allo stallo, quindi diminuirà, quindi aumenterà di nuovo fino a 45 gradi. Ciò significa che devi muovere MENO aria per ottenere la stessa portanza con un profilo alare fino allo stallo.

Il ventilatore è davvero opposto, a meno che tu non voglia che si sposti da solo nella stanza. La pala della ventola è progettata per muovere l'aria, punto. Il design ragionevole lo renderebbe compatto e le lame piatte sottili con una corda più ampia andrebbero bene, come chi cerca solo una brezza rinfrescante dal proprio prodotto. Mantenere lo stile originale del ventaglio su "antico" può renderlo più prezioso.

Il prezzo è il motivo principale. I ventilatori a soffitto muovono semplicemente l'aria e le pale piatte sono il modo più economico per andare.

Le pale delle ventole più costose possono avere una forma di profilo alare e persino delle alette sulle punte, ma questo è principalmente per spettacolo poiché queste pale non hanno torsione.

La maggior parte delle altre risposte sono già corrette. Solo un altro aspetto: la lunghezza della corda della pala.

Con qualcosa che gira alla velocità dell'elica di un aereo, le pale devono essere il più leggere possibile, per ridurre al minimo i carichi centrifughi. Quindi è meglio dare loro una lunghezza della corda di profilo corto e un carico di area elevato (quanta forza producono per superficie della pala), il che significa una lunghezza della corda ridotta e una rotazione del flusso relativamente brusca, il che richiede una grande differenza di pressione tra la pressione e lato aspirazione delle pale del ventilatore. Per un ventilatore da tavolo, qualsiasi vecchia plastica sarà abbastanza forte, quindi quelle lame possono funzionare con un carico superficiale molto basso (lunghezza della corda del profilo lungo) e ruotare il flusso lentamente, con una piccola differenza di pressione, che è più silenziosa.

Lo stesso vale per le eliche delle navi: poiché l'acqua è così densa, il carico strutturale su quelle pale è piuttosto elevato. Se si tentasse di ottenere la stessa spinta da un'elica con corde corte (a raggio uguale), le pale avrebbero problemi a sostenere i carichi di flessione e la rotazione più affilata porterebbe anche alla cavitazione [1] più veloce.

[1]: la cavitazione si verifica quando la pressione sul lato di aspirazione di un'elica subacquea scende così bassa che l'acqua evapora. Questo separa efficacemente il flusso, riducendo l'aspirazione, quindi l'acqua appena evaporata si condensa di nuovo, l'acqua scorre di nuovo dove si trovava la bolla di vapore ... Ciò può rompere un'elica molto rapidamente.

Alcuni modelli rari assomigliano più a una ventola. L ' Antonov AN-70 è un buon esempio di questo, con enormi pale del ventilatore sul suo propfan D-27. Gli oggetti di scena della scimitarra creano un design piuttosto efficiente, ma sono estremamente rumorosi, il che limita la loro usabilità in molti aeroporti commerciali.

Credito immagine: Di Tangopaso - Opera propria, CC BY-SA 3.0

Alcune discussioni aggiuntive possono essere trovate in questa domanda:

Quali sono i vantaggi di più di 4 pale dell'elica?

[Se non riesci a spiegare perché le turbine eoliche dovrebbero essere realizzate con profili alari, ti preghiamo di avere il buon senso o la decenza di non modificare questa risposta.]

Una pala del ventilatore spinge l'aria.

Un profilo alare è un dispositivo speciale. Passa attraverso l'aria, lasciandosi dietro un vuoto parziale. La parte finale è progettata in modo che questo aspirapolvere, invece di tirare indietro la cosa, la tira perpendicolarmente. È un dispositivo ingegnoso. Non spinge l'aria. Se avessero voluto che spingesse l'aria, l'avrebbero fatto come una pala di ventilatore. Non è come la pala di un ventilatore. Non spinge l'aria. È un dispositivo progettato in modo intelligente.

In realtà, ciò che accade non è che il vuoto tira, ma che la pressione dell'aria spinge; la differenza è che le cose [altrimenti] hanno quasi sempre la stessa pressione dell'aria su tutti i lati.

Ancora una volta…. Un'ala non viene sollevata dal flusso laminare. Un'ala non viene sollevata dal vuoto. Un'ala viene spinta verso l'alto, dal basso, dalla pressione dell'aria. Questo funziona grazie al design ingegnoso di un'ala, che fa in modo che, mentre passa attraverso l'aria, si formi un vuoto (parziale) ... e questo vuoto parziale funziona per sollevare l'ala, piuttosto che trascinarla indietro, a causa di il design intelligente e speciale di un profilo alare.

Il motivo per cui un aereo a propulsione non può fare più di 400 km / h circa è che la pressione dell'aria non può spingerlo più velocemente.

Il motivo per cui un'ala con un angolo di attacco ripido funziona meno bene non è il flusso laminare, né la turbolenza; si tratta del fatto che (a) l'area orizzontale che viene spinta verso l'alto è più piccola e (b) la superficie che viene spinta è inclinata, il che compromette il concetto di spinta verso l'alto. Ancora una volta, nessuna quantità di gestione del flusso laminare e della turbolenza cambierà i due fatti precedenti. (Nota anche che un'ala con un angolo di attacco ripido ha (più) trascinamento all'indietro (per così dire).)

Nota che c'è un problema sistematico con le eliche, essendo che stanno attraversando l'aria in modo tale che il lato del vuoto intelligente si sta muovendo verso {aria a pressione normale}. (Non so se sia un omaggio o meno, ma non fa molta differenza.)

Se capisci ora i profili alari e nessuno lo ha mai spiegato correttamente prima, per favore lascia un segno di spunta o un commento positivo o qualcosa del genere. Sarebbe un piacevole cambiamento se le persone mi guardassero in modo divertente o si arrabbiassero, e lo apprezzerei davvero.