“新年货”鼓风机的祖先是中国发明的？！（上）丨科学史_风闻

每天回到家，两岁的女儿都会跑来给我一个拥抱：“爸爸！我要看小猪佩奇和爸爸妈妈！”

佩奇原本是一只英国小猪。这几天正在刷屏的《啥是佩奇》竟然给它引来了两大官微的“特别关照”。

这都是因为，在中国爷爷手下，佩奇变身为农村烧火做饭用的——鼓风机——而且它也会打呼噜：吼~吼~

《啥是佩奇》截屏

那你知道不，爷爷手下的手摇离心式鼓风器——原本就是中国人发明的！早在两千多年前的两汉之交时，中国农村就使用了这种机器。我们爷爷的爷爷的爷爷……用它来清选粮食。没错，这就是扇车。列位请看：

河南济源泗涧沟24号新莽时期墓出土的陶扇车与陶碓明器模型（河南博物院 顾永杰供图）

这是从河南济源泗涧沟24号新莽时期墓出土的陶扇车（后）与陶碓（前）明器模型。虽然貌不似小猪，但它和离心鼓风机的原理是一样的。前面的大婶舂好谷物后，连皮带米倒入扇车顶部的漏斗里。后面的大叔转动扇轮，气流从侧孔进入，从前方底部流出；把轻的糠皮吹出来，就可实现米、糠高效分离。

若嫌文字繁琐，下图可一目了然：

济源泗涧沟陶扇车内部气流场数值模拟速度矢量图（黄兴）

漂亮！

其他地区也出土了不少西汉末至东汉的陶扇车模型，我们需要分类介绍。且看这一波：

河南洛阳旭升村东汉晚期墓陶扇车与陶石碓（余扶危等.洛阳东关东汉殉人墓.《文物》1973年第2期）

      

河南洛阳旭升村陶扇车与陶石碓结构线图（余扶危等.洛阳东关东汉殉人墓.《文物》1973年第2期）    

山西运城市芮城城南村东汉墓2号陶作坊（赵家有等.山西芮城出土风扇车模型.《农业考古》1988年第2期）     

   

美国奈尔逊美术馆藏中国汉代陶扇车作坊（Ross E. et al.,Handbook, Nelson Gallery of Art, AtkinsMuseum, Volume I. Kansas City,University Trustees, 1959）

这些扇车转轴的安装高度都位于车厢中部。计算机模拟显示空气进出不太顺畅，内部有回流；但风是有的，能工作没问题。这体现了设计者认为，只要扇轮转起来就有风。但风是怎么流的，怎样才使效率最高？设计者对此认识还不够。

 

洛阳东关类型扇车Gambit模型（黄兴）             

洛阳东关类型扇车气流场数值模拟速度流线图（黄兴）

我们再来一波，列位请上眼：

河南济源西窑头村10号西汉末期墓陶扇车模型（李彩霞.济源西窑头村M10出土陶塑器物赏析.《中原文物》2010年第4期）

河南济源西窑头村西汉末期陶扇车结构线图（黄兴）        

山东临淄金岭镇1号东汉初墓陶米碓扇车（山东省文物考古研究所.山东临淄金岭镇一号东汉墓.《考古学报》1999年第1期）

元代王祯《农书》“扬扇”图（《四库全书》）

以上扇车的轮轴被架在了车厢顶部。在操作者看来，顺时针转动扇轮，就把风拨进扇车里（像近代明轮轮船）。但实际上扇轮是整体浸在空气中，气流很费力的从轴部进入，而且箱内局部会有空气回流。

临淄金陵镇类型扇车气流场数值模拟速度流线图（黄兴）

两汉时期，扇车已经形成了多种类型，表明它的发明并非偶然。它有着众多设计者，在中原地区得到了普遍使用。部分设计者对离心运动理解不足，这是一项技术发明初期的共性。河南济源泗涧沟先进类型扇车在其他地区也有发现。这表明当时已经能够正确利用离心运动来鼓风。

这足以让我们惊叹一下：我的祖宗！你们在两千年前竟然制造出了这样的神器！

明代以来，济源泗涧沟类型扇车图形和实物都已常见，我们再来一波：        

明代《顾氏图谱》（1603年）扇车图（郑振铎.中国版画丛刊（3）.上海：上海古籍出版社，1988年）

浙江开化县华埠镇华民村水碓作坊现代扇车（张柏春等．中国传统工艺全集·传统机械调查研究．郑州：大象出版社，2006）

《顾氏图谱》扇车底部也放了一个笸箩，是因为笸箩上方也有一个出粮口。碎米从这个口流出来。“半粒归仓”，绝不浪费。

这一波扇车的出风口都沿着直径方向，与气流离心运动路线略有差距，但吹掉米糠已经足够用了。

直径方向出风扇车内部气流场数值模拟速度矢量图（黄兴）

还有一种扇车沿着切线方向出风，在打谷场上用的多，力道很足；有的地方称其为老虎扇车。      

呼和浩特黑土凹村扇车（张柏春等. 中国传统工艺全集·传统机械调查研究.大象出版社，2006年）        

呼和浩特黑土凹扇车内部气流场模拟速度矢量图（黄兴）

欧洲古罗马时期已普遍使用水轮，但未见到离心式鼓风器。1556年，德国矿冶学家阿格里科拉（Georgius Agricola）出版的De Re Metallica一书中绘制了多部离心式扇车，用于巷道通风。但其进风口都在箱壁外缘，而不是侧面轴部。表明其对扇车的认识依然处于中国汉代的早期水平。直到18世纪初，来华传教士们发现了中国农民使用的扇车，将其视作异宝，运回欧洲；逐渐发展出多种类型，从而有了爷爷手下的佩奇。

近十多年来，中国农村正在大变样，很少再用扇车了。城市中长大的多数孩子对扇车更是闻所未闻。

不过呢~，福利来了——中科院自然科学史研究所就收藏了一架扇车。每年“中科院开放日”这架扇车都会成为小朋友们最喜欢的大玩具！（这架扇车已经有了点佩奇的样子，吼~吼~）

中科院自然科学史研究所开放日活动（黄兴 摄）

有人说了：你说的这些扇车都是扇米的，不能用来烧火做饭。

说对了！扇车属于速度型离心式鼓风器。古代扇车没有提速装置，转速慢，风压低；走的是低风压、高风量的技术路线，适于扇米。

但中国古代也发明了多种容积型鼓风机，可以产生很高的风压，不仅用来烧火，还能用来炼铁，更是厉害得不得了。

欲知详情，且听下篇分解。

来源：中国科学院自然科学史研究所

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