Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено из эффекта Коанды )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Вращающийся шар для пинг-понга удерживается в диагональном потоке воздуха за счет эффекта Коанды. Мяч «прилипает» к нижней стороне воздушного потока, что не дает мячу упасть. Жиклер в целом удерживает мяч на некотором расстоянии от выхлопной трубы, а сила тяжести не дает его унести.

Эффект Коанда ( / к ж ɑ п д ə / или / K ш æ - / ) является тенденция к струе жидкости , чтобы оставаться прикреплены к выпуклой поверхности. Он назван в честь румынского изобретателя Анри Коанда , который описал его как «тенденцию струи жидкости, выходящей из отверстия, следовать за соседней плоской или изогнутой поверхностью и увлекать жидкость из окружающей среды, так что возникает область более низкого давления». [1] [2]

Коанда был первым, кто осознал практическое применение этого явления в проектировании самолетов. [3] [4]

Открытие [ править ]

Раннее описание этого явления было дано Томасом Янгом в лекции, прочитанной Королевскому обществу в 1800 году:

Боковое давление, которое подталкивает пламя свечи к потоку воздуха из паяльной трубы, вероятно, точно аналогично тому давлению, которое облегчает перегибание потока воздуха около препятствия. Отметьте ямочку, которую тонкая струя воздуха создает на поверхности воды. Приведите выпуклое тело в контакт со стороной ручья, и место ямочки сразу покажет, что течение отклоняется к телу; и если тело будет свободно двигаться во всех направлениях, оно будет побуждено к течению ... [5]

Спустя сто лет Анри Коанда обнаружил применение этого эффекта во время экспериментов со своим самолетом Coandă-1910 , на котором был установлен необычный двигатель, который он разработал. Турбина с приводом от двигателя выталкивала горячий воздух назад, и Коанда заметил, что воздушный поток притягивается к близлежащим поверхностям. В 1934 году Коанда получил во Франции патент на «метод и устройство для преобразования одной жидкости в другую». Эффект был описан как «отклонение простой струи жидкости, которая проникает в другую жидкость вблизи выпуклой стенки». Первыми официальными документами, в которых явно упоминается эффект Коанды, были два патента 1936 года Анри Коанды. [6] [7] Это имя было принято ведущим специалистом по аэродинамике Теодором фон Карманом., у которого с Коандэ были давние научные отношения по проблемам аэродинамики. [8]

Механизм [ править ]

Диаграммы, иллюстрирующие механизм, ответственный за эффект Коанда
Схема типового двигателя, который использует эффект Коанды для создания подъемной силы (или движения вперед, если он наклонен на 90 ° на бок). Двигатель имеет форму пули или перевернутой чаши, при этом жидкость выходит горизонтально из круглой щели в верхней части пули. Небольшая ступенька на нижнем крае щели гарантирует, что вихрь низкого давления будет развиваться непосредственно ниже точки выхода жидкости из щели (см. Диаграмму 5 ). С этого момента эффект Коанды заставляет слой жидкости цепляться за изогнутую внешнюю поверхность двигателя. Увлечение окружающей среды потоком, текущим по пуле, вызывает область низкого давления над пулей ( диаграммы 1–5). Это вместе с окружающим («высоким») давлением под пулей вызывает подъем или, если установлен горизонтально, движение вперед в направлении вершины пули. [9]

Свободная струя воздуха увлекает молекулы воздуха из своего непосредственного окружения, образуя осесимметричную «трубку» или «рукав» низкого давления вокруг струи (см. Диаграмму 1 ). Результирующие силы от этой трубки низкого давления в конечном итоге уравновешивают любую нестабильность перпендикулярного потока, что стабилизирует струю по прямой. Однако, если твердая поверхность расположена близко и примерно параллельно струе ( Диаграмма 2), то увлечение (и, следовательно, удаление) воздуха между твердой поверхностью и струей вызывает снижение давления воздуха на той стороне струи, которое не может быть сбалансировано так быстро, как область низкого давления на «открытой» стороне струя. Разница давлений в струе заставляет струю отклоняться к ближайшей поверхности, а затем прилипать к ней ( диаграмма 3 ). [9] [10] Струя даже лучше прилегает к изогнутым поверхностям ( диаграмма 4 ), потому что каждое (бесконечно малое) инкрементное изменение направления поверхности вызывает эффекты, описанные для начального изгиба струи по направлению к поверхности. [10] [11]Если поверхность не слишком сильно изогнута, струя при определенных обстоятельствах может прилипать к поверхности даже после обтекания на 180 ° цилиндрической изогнутой поверхности и, таким образом, двигаться в направлении, противоположном ее первоначальному направлению. Силы, вызывающие эти изменения направления потока струи, вызывают равную и противоположную силу на поверхности, по которой течет струя. [10] Эти силы, индуцированные эффектом Коанды, могут быть использованы для создания подъемной силы и других форм движения, в зависимости от ориентации струи и поверхности, к которой она прилипает. [9] Небольшая «губа» на поверхности в точке, где струя начинает течь по этой поверхности ( Диаграмма 5) усиливает первоначальное отклонение направления потока струи и впоследствии прилипает к поверхности. Это происходит из-за того, что за кромкой образуется вихрь низкого давления, способствующий падению струи к поверхности. [9]

Эффект Коанды может быть вызван в любой жидкости, поэтому он одинаково эффективен как в воде, так и в воздухе. [9]

Условия существования [ править ]

Ранние источники предоставляют информацию, как теоретическую, так и экспериментальную, необходимую для получения путем сравнения подробного объяснения эффекта Коанды и его ограничений. Эффект Коанды может возникать вдоль изогнутой стены как в свободной, так и в пристенной струе .

На левом изображении предыдущего раздела: «Механизм эффекта Коанда», эффект, описанный Т. Янгом как «боковое давление, которое облегчает перегиб потока воздуха возле препятствия», представляет собой свободная струя, выходящая из отверстия и препятствия в окрестностях. Он включает в себя тенденцию свободной струи, выходящей из отверстия, увлекать жидкость из окружающей среды, ограниченной с ограниченным доступом, без развития какой-либо области более низкого давления, когда в окружающей среде нет препятствий, как в случае на противоположной стороне, где происходит турбулентное перемешивание. происходит при атмосферном давлении.

На правом изображении эффект возникает вдоль изогнутой стены в виде струи на стене . Изображение справа представляет собой двухмерную стенку струи между двумя параллельными плоскими стенками, где «препятствие» представляет собой четвертьцилиндрическую часть, следующую за плоским горизонтальным прямоугольным отверстием, так что никакая жидкость не уносится из окружающей среды вдоль стены. но только с противоположной стороны при турбулентном перемешивании с окружающим воздухом.

Wall Jet [ править ]

Чтобы сравнить эксперимент с теоретической моделью, сначала обратимся к двумерной плоской пристенной струе шириной h вдоль круглой стенки радиуса r . Стеночная струя следует за плоской горизонтальной стенкой, скажем, бесконечного радиуса или, скорее, радиуса которой является радиус Земли без разделения, потому что давление на поверхности, а также внешнее давление в зоне смешения везде равно атмосферному давлению и границе слой не отделяется от стены.

Измерения поверхностного давления вдоль изогнутой по кругу стенки радиуса r = 12 см, отклоняющей турбулентную струю воздуха ( число Рейнольдса = 10 6) шириной h. Давление начинает падать до начала струи из-за локальных эффектов в точке выхода воздуха из сопла, создающего струю. Если отношение h / r (отношение ширины струи к радиусу кривизны стенки) меньше 0,5, наблюдается истинный эффект Коанды, при этом давление на стенку вдоль изогнутой стенки остается на этом низком (суб- давление окружающей среды) до тех пор, пока струя не достигнет конца стены (когда давление быстро вернется к давлению окружающей среды). Если отношение h / r больше 0,5, в источнике струи возникают только локальные эффекты, после чего струя сразу отделяется от стенки, и эффект Коанды отсутствует. Эксперименты М. Кадоша и Дж. Лерманна в лаборатории М. Кадоша, SNECMA. [12]

При гораздо меньшем радиусе (12 сантиметров на изображении справа) возникает поперечная разница между давлением на внешней поверхности и на поверхности стенки струи, создавая градиент давления, зависящий от относительной кривизны h / r . Этот градиент давления может появляться в зоне до и после начала струи, где она постепенно возникает, и исчезать в точке, где пограничный слой струи отделяется от стенки, где давление на стенке достигает атмосферного давления (и поперечный градиент становится равным нулю. ).

Эксперименты, проведенные в 1956 г. с турбулентными воздушными струями при числе Рейнольдса 10 6 при различной ширине струи ( h ), показывают давления, измеренные вдоль стенки с круговой кривизной (радиус r ) на ряде горизонтальных расстояний от источника струи (см. диаграмму справа). [12] [13]

Выше критического отношения h / r 0,5 наблюдаются только локальные эффекты в источнике струи, распространяющиеся на небольшой угол 18 ° вдоль изогнутой стенки. Затем струя сразу отделяется от изогнутой стенки. Следовательно, здесь не наблюдается эффекта Коанды, а наблюдается только локальное прикрепление: давление меньше атмосферного появляется на стене на расстоянии, соответствующем небольшому углу 9 °, за которым следует такой же угол 9 °, где это давление увеличивается до атмосферное давление на отрыве пограничного слоя, подверженное этому положительному продольному градиенту. Однако если h / rЕсли коэффициент меньше критического значения 0,5, давление ниже, чем окружающее, измеренное на стене, если смотреть в начале струи, продолжается вдоль стены (до конца стены - см. диаграмму справа). Это «настоящий эффект Коанды», поскольку струя цепляется за стенку «при почти постоянном давлении», как в обычной пристенной струе.

Расчет производится Woods в 1954 году [14] из невязки потока вдоль круговой стенки показывает , что невязкое решение существует с любой кривизной ч / г и любым заданным углом отклонения до точки отрыва на стене, где сингулярная появляется индикация точки с бесконечный наклон кривой поверхностного давления.

Распределение давления по круговой стенке пристенной струи

Вводя в расчет угол при разделении, найденный в предыдущих экспериментах для каждого значения относительной кривизны h / r , изображение здесь было недавно получено [15] и демонстрирует инерционные эффекты, представленные невязким решением: рассчитанное поле давления аналогично к экспериментальному, описанному выше, вне сопла. Искривление потока вызвано исключительно поперечным градиентом давления, как описано Т. Янгом. Тогда вязкость создает только пограничный слой вдоль стенки и турбулентное перемешивание с окружающим воздухом, как в обычной пристенной струе, за исключением того, что этот пограничный слой отделяется под действием разницы между конечным давлением окружающей среды и меньшим поверхностным давлением вдоль стенки. По словам Ван Дайка,[16] цитируется встатье Википедии о подъеме (сила) , §10.3, вывод его уравнения (4c) также показывает, что вклад вязкого напряжения в поворот потока незначителен.

Альтернативный способ - вычислить угол отклонения, при котором пограничный слой, находящийся под действием невязкого поля давления, отделяется. Был опробован грубый расчет, который дает угол разделения как функцию h / r и числа Рейнольдса: [13] Результаты представлены на изображении, например, 54 ° вычислено вместо 60 °, измеренных для h / r = 0,25. . Было бы желательно больше экспериментов и более точный расчет пограничного слоя.

Другие эксперименты, проведенные в 2004 году с пристенной струей вдоль круглой стенки, показывают, что эффект Коанды не возникает в ламинарном потоке , а критические отношения h / r для малых чисел Рейнольдса намного меньше, чем для турбулентного потока. [17] до h / r = 0,14, если Re = 500, и h / r = 0,05, если Re = 100 .

Бесплатный самолет [ править ]

LC Woods также произвел расчет невязкого двумерного потока свободной струи шириной h, отклоненной вокруг круговой цилиндрической поверхности радиуса r, между первым контактом A и разделением в точке B, включая угол отклонения θ. Снова решение существует для любого значения относительной кривизны h / r и угла θ. Более того, в случае свободной струи уравнение может быть решено в замкнутой форме, давая распределение скорости вдоль круглой стенки. Затем рассчитывается распределение поверхностного давления с использованием уравнения Бернулли. Отметим p a давление и v aскорость вдоль свободной линии тока при атмосферном давлении, а γ - угол вдоль стенки, равный нулю в A и θ в B. Тогда скорость v определяется равной:

Получено изображение распределения поверхностного давления струи вокруг цилиндрической поверхности с использованием тех же значений относительной кривизны h / r и того же угла θ, что и для пристенной струи, представленной на изображении справа. : его можно найти в ссылке (15) с. 104, и оба изображения очень похожи: эффект Коанда свободной струи инерционен, такой же, как эффект Коанда пристенной струи. Однако экспериментальные измерения соответствующего распределения поверхностного давления неизвестны.

Эксперименты Бурка и Ньюмана [18] в 1959 г., касающиеся присоединения двумерной турбулентной струи к смещенной параллельной пластине после заключения разделительного пузыря, в котором находится вихрь низкого давления (как на изображении 5 в предыдущем разделе), а также для двумерной струи, за которой следует одна плоская пластина, наклоненная под углом вместо изогнутой по кругу стенки на диаграмме справа здесь, описывающей опыт пристенной струи: струя отделяется от пластины, затем изгибается к пластине, когда окружающая жидкость уносится, давление понижается и, в конце концов, снова присоединяется к ней, образуя разделительный пузырь. Жиклер остается свободным, если угол больше 62 °.

В этом последнем случае, который представляет собой геометрию, предложенную Коандой, заявитель изобретателя состоит в том, что количество жидкости, увлекаемой струей из окружающей среды, увеличивается, когда струя отклоняется, что используется для улучшения продувки двигателей внутреннего сгорания. и для увеличения максимального коэффициента подъемной силы крыла, как указано в приложениях ниже.

Распределение поверхностного давления, а также расстояние повторного присоединения были должным образом измерены в обоих случаях, и были разработаны две приблизительные теории для среднего давления внутри разделительного пузыря, положения повторного присоединения и увеличения объемного потока из отверстия: согласие с экспериментом прошел удовлетворительно.

Приложения [ править ]

Эффект Коанды имеет важное применение в различных устройствах большой подъемной силы на самолетах , где воздух, движущийся над крылом, может быть «наклонен» к земле с помощью закрылков и струйного полотна, обдувающего криволинейную поверхность верхней части крыла. Искривление потока приводит к аэродинамической подъемной силе . [19] Поток от высокоскоростного реактивного двигателя, установленного в гондоле над крылом, создает повышенную подъемную силу за счет значительного увеличения градиента скорости в сдвиговом потоке.в пограничном слое. В этом градиенте скорости частицы уносятся от поверхности, тем самым понижая там давление. Внимательно следя за работой Коанды по применению его исследований, и в частности за работой над его «Aerodina Lenticulară» [20], Джон Фрост из Avro Canada также потратил много времени на изучение эффекта, что привело к серии судов на воздушной подушке «наизнанку». -подобный самолет, из которого воздух выходил по кольцу вокруг самолета и направлялся, «прикрепляясь» к кольцу в виде закрылка.

Первый Аврокар готовится на заводе Авро в 1958 году.

В этом отличие от традиционной конструкции судна на воздушной подушке, в которой воздух вдувается в центральную область, камеру статического давления , и направляется вниз с использованием тканевой «юбки». Был построен только один из проектов Фроста - Avrocar .

VZ-9 AV Avrocar (часто перечислен как VZ-9 ) был канадский вертикального взлета и посадки (VTOL) самолет , разработанный Avro Aircraft Ltd. в рамках секретного военного проекта Соединенных Штатов осуществляется в первые годы холодной войны . [21] Avrocar намеревался использовать эффект Коанды для обеспечения подъемной силы и тяги от одного «турбореактивного двигателя», выдувающего выхлопные газы из обода дискообразного самолета, чтобы обеспечить ожидаемые характеристики, подобные VTOL . В воздухе он напоминал бы летающую тарелку . Два прототипа были построены в качестве испытательных машин "для проверки концепции" для более совершенных ВВС США.истребитель, а также для тактического боевого самолета армии США . [22]

В рамках проекта 1794 Avro 1956 года для вооруженных сил США была разработана крупномасштабная летающая тарелка, основанная на эффекте Коанды и предназначенная для достижения скорости от 3 до 4 Махов [23]. Документы по проекту оставались засекреченными до 2012 года.

Эффект был также реализован в ходе военно - воздушных сил США «s AMST проекта. Несколько самолетов, в частности Boeing YC-14 (первый современный тип , чтобы использовать эффект), НАСА Тихий ближнемагистральных Research Aircraft , и Национальная аэрокосмическая лаборатория Японии «s Asuka исследований самолетов были построены , чтобы воспользоваться этим эффектом, путем установки турбовентиляторных двигателей на верхнюю часть крыльев для обеспечения высокой скорости воздуха даже при низких скоростях полета, но на сегодняшний день в производство запущен только один самолет, в значительной степени использующий эту систему, - Антонов Ан-72 «Уголь». Shin MEIWA US-1AЛетающая лодка использует аналогичную систему, только она направляет промывку четырех турбовинтовых двигателей через верхнюю часть крыла для создания подъемной силы на малой скорости. Что еще более уникально, он включает в себя пятый турбовальный двигатель внутри центральной секции крыла исключительно для обеспечения подачи воздуха для мощных обдуваемых закрылков . Добавление этих двух систем дает самолету впечатляющие возможности КВП.

Двигатель Коанды (детали 3,6–8) заменяет рулевой винт в вертолете NOTAR . 1 Воздухозаборник 2 Вентилятор с регулируемым шагом 3 Хвостовая балка с прорезями Коанда 4 Вертикальные стабилизаторы 5 Прямое подруливающее устройство 6 Нисходящая струя 7 Поперечное сечение хвостовой балки с регулировкой циркуляции 8 Подъем, предотвращающий крутящий момент
Изображение самолета Blackburn Buccaneer . Выдувные предкрылки, видимые на передней кромке и крыле, и закрылки задней кромки выделены. Эти аэродинамические характеристики способствуют обтеканию крыла воздушного потока Коанды.
Схема использования предкрылков и закрылков для увеличения максимального коэффициента подъемной силы крыла. Дополнительный коэффициент подъемной силы вызван эффектом Коанды, когда воздух отклоняется через отверстия в крыльях, вызванных выдвинутыми предкрылками и закрылками. Удлиненные предкрылки и закрылки используются на коммерческих самолетах при посадке и взлете; но также используются для большого эффекта на истребителях, позволяя при необходимости снижать скорость полета. Это не инженерный чертеж, а несколько преувеличенная диаграмма, чтобы подчеркнуть основные моменты.
С-17 Globemaster III использует эффект Коанда таким же образом , как и Blackburn Buccaneer (изображенный справа), но с дополнительным использованием выхлопных газов от двигателей над верхними поверхностями крыльев , чтобы вызвать лифт для комфортной езды на низкие скорости полета

McDonnell Douglas YC-15 и его преемник, Боинг С-17 Globemaster III , также используют эффект. NOTAR вертолет заменяет обычный воздушный винт хвостового винта с эффектом Коанда хвостом (диаграмма слева).

Вехой на пути к лучшему пониманию эффекта Коанды явилась обширная научная литература, подготовленная проектом ACHEON EU FP7. [24] В этом проекте использовалось особое симметричное сопло для эффективного моделирования эффекта Коанды, [25] [26] [27] и определялись инновационные конфигурации самолетов для взлета и посадки на основе этого эффекта. [28] [29] Эта деятельность была расширена Драганом в секторе турбомашин с целью лучшей оптимизации формы вращающихся лопастей благодаря работе румынского исследовательского центра Комоти по турбомашинному оборудованию. [30] [31]

Важное практическое использование эффекта Коанды для наклонных гидроэнергетических экранов, [32] , которые отдельно мусор, рыба и т.д., в противном случае во входном потоке на турбину. Из-за наклона мусор падает с экранов без механической очистки, а из-за проводов экрана, оптимизирующих эффект Коанды, вода течет через экран к затворам , по которым вода поступает к турбинам.

Эффект Коанды используется в дозаторах жидкости двойного действия в омывателях лобового стекла автомобилей. [33]

Принцип действия колебательных расходомеров также основан на феномене Коанды. Поступающая жидкость попадает в камеру, содержащую два «острова». Из-за эффекта Коанды основной поток разделяется и проходит под одним из островов. Затем этот поток возвращается в основной поток, заставляя его снова разделяться, но в направлении второго острова. Этот процесс повторяется до тех пор, пока жидкость циркулирует в камере, что приводит к самоиндуцированным колебаниям, которые прямо пропорциональны скорости жидкости и, следовательно, объему вещества, протекающего через расходомер. Датчик улавливает частоту этого колебания и преобразует его в аналоговый сигнал, дающий проходящий объем. [34]

В кондиционер , эффект Коанда эксплуатируется , чтобы увеличить бросок на потолке установлен диффузор . Поскольку эффект Коанды заставляет воздух, выходящий из диффузора, «прилипать» к потолку, он проходит дальше, прежде чем опускаться с той же скоростью выброса, чем если бы диффузор был установлен на открытом воздухе, без соседнего потолка. Более низкая скорость нагнетания означает более низкий уровень шума и, в случае систем кондиционирования с переменным объемом воздуха (VAV), допускает больший диапазон изменения . Линейные диффузоры и щелевые диффузоры, которые имеют большую длину контакта с потолком, демонстрируют больший эффект Коанды.

В сердечно-сосудистой медицине эффект Коанды объясняет отдельные потоки крови в правом предсердии плода . [35] Это также объясняет, почему эксцентрические форсунки митральной регургитации притягиваются и рассеиваются вдоль смежных поверхностей стенки левого предсердия (так называемые «форсунки, прилегающие к стенке», как видно на эхокардиографическом исследовании с цветным допплером). Это имеет клиническое значение, потому что визуальная область (и, следовательно, серьезность) этих эксцентричных сопел, прилегающих к стенке, часто недооценивается по сравнению с более очевидными центральными соплами. В этих случаях для количественной оценки тяжести митральной регургитации предпочтительнее использовать объемные методы, такие как метод проксимальной изоворотной площади поверхности (PISA) .

В медицине эффект Коанды используется в аппаратах ИВЛ. [36] [37] [38]

В метеорологии теория эффекта Коанды также применялась к некоторым воздушным потокам, вытекающим из горных хребтов, таких как Карпаты и Трансильванские Альпы , где было отмечено воздействие на сельское хозяйство и растительность. Также похоже, что это эффект в долине Роны во Франции и возле Большой дельты на Аляске. [39]

В автогонках Формулы-1 эффект Коанды использовался командами McLaren, Sauber, Ferrari и Lotus после первого введения Адрианом Ньюи (Red Bull Team) в 2011 году, чтобы помочь перенаправить выхлопные газы через задний диффузор. намерение увеличить прижимную силу в задней части автомобиля. [40] Из-за изменений в правилах, установленных FIA с начала сезона Формулы-1 2014 года , намерение перенаправить выхлопные газы для использования эффекта Коанды было отвергнуто из-за обязательного требования, что выхлоп автомобиля не должен иметь кузов непосредственно за выходом для использования аэродинамического эффекта. [41]

В флюидике эффект Коанды использовался для создания бистабильных мультивибраторов , в которых рабочий поток (сжатый воздух) прилипал к той или иной изогнутой стене, а управляющие лучи могли переключать поток между стенками.

Эффект Коанды также используется для смешивания двух разных жидкостей в миксере эффекта Коанды . [42] [43]

Практическая демонстрация [ править ]

Эффект Коанды можно продемонстрировать, направив небольшую струю воздуха вверх под углом над мячом для настольного тенниса. Струя притягивается к верхней поверхности шара, изгибаясь вокруг нее, и следует за ней из-за (радиального) ускорения (замедления и поворота) воздуха вокруг шара. При достаточном потоке воздуха это изменение количества движения уравновешивается равной и противоположной силой, действующей на мяч, поддерживающим его вес. Эту демонстрацию можно выполнить, используя фен на самом низком уровне или пылесос, если выходное отверстие можно прикрепить к трубе и направить вверх под углом.

Распространенное заблуждение состоит в том, что эффект Коанды демонстрируется, когда струя водопроводной воды течет по тыльной стороне ложки, слегка удерживаемой в ручье, и ложка втягивается в струю (например, Месси в «Механике жидкостей» [44] использует эффект Коанды для объяснения отклонения воды вокруг цилиндра). Хотя поток очень похож на воздушный поток над шариком для пинг-понга выше (если бы можно было видеть воздушный поток), на самом деле причина не в эффекте Коанды. Здесь, поскольку это поток воды в воздух, унос окружающей жидкости (воздуха) в струю (поток воды) невелик. В этой конкретной демонстрации преобладает поверхностное натяжение . (Маклин в «Понимании аэродинамики» [45] утверждает, что отклонение воды «на самом деле демонстрирует молекулярное притяжение и поверхностное натяжение».)

Другой демонстрацией является направление воздушного потока, например, от пылесоса, работающего в обратном направлении, по касательной мимо круглого цилиндра. Корзина для мусора подойдет. Кажется, что воздушный поток «огибает» цилиндр и может быть обнаружен под углом более 180 ° от набегающего потока. При правильных условиях, скорости потока, весе цилиндра, гладкости поверхности, на которой он установлен, цилиндр действительно движется. Обратите внимание, что цилиндр движется не прямо в поток, как можно было бы предсказать из- за неправильного применения эффекта Бернулли , а по диагонали.

Эффект также можно увидеть, поставив банку перед зажженной свечой. Если дуть прямо в банку, воздух огибает ее и гаснет свечу.

Вызванные проблемы [ править ]

Инженерное использование эффекта Коанды имеет как недостатки, так и достоинства.

В морской силовой установке эффективность гребного винта или подруливающего устройства может быть серьезно снижена из-за эффекта Коанды. Сила, создаваемая гребным винтом на судне, зависит от скорости, объема и направления струи воды, выходящей из гребного винта. При определенных условиях (например, когда судно движется через воду) эффект Коанда изменяет направление воздушного винта самолета, заставляя его следовать форме корабля корпуса . Боковое усилие от туннельного двигателя в носовой части судна быстро уменьшается с поступательной скоростью. [46] Боковая тяга может полностью исчезнуть на скорости выше 3 узлов. [47]Если эффект Коанды применяется к форсункам симметричной формы, возникают проблемы с резонансом. Эти проблемы и то, как сочетаются разные спины, были подробно проанализированы. [29]

См. Также [ править ]

  • Аэродинамика
  • Аэродинамический профиль
  • Пограничный слой
  • Крыло управления циркуляцией
  • Динамика жидкостей
  • Жидкостное трение
  • Подъем (сила)
  • Эффект Магнуса
  • Микроэлектромеханические системы
  • Микрофлюидика
  • НОТАР
  • Клапан тесла
  • Эффект желоба

Ссылки [ править ]

  1. ^ Триттон, DJ , Физическая гидродинамика, Ван Ностранд Рейнхольд, 1977 (перепечатано в 1980 г.), Раздел 22.7, Эффект Коанды.
  2. ^ «Определение ЭФФЕКТА КОАНДА» .
  3. ^ «Эффект Коанды - это явление, которое впервые наблюдал в 1910 году математик и инженер по имени Анри Коанда. Он обнаружил, что когда воздух выбрасывается из прямоугольного сопла, он прикрепляется к наклонной плоской пластине, соединенной с выходом сопла. Подчеркнув необходимость наличия острого угла между соплом и плоской пластиной, Коанда затем применил этот принцип к серии отклоняющих поверхностей, каждая из которых находится под острым углом к ​​предыдущей, и преуспел в повороте потоков на углы до 180. Он заявилчто «когда струя жидкости пропускает через искривленную поверхность, она наклоняетсячтобы следовать поверхностям, захватывая большое количество воздухакак она делает это»и это явление стало известно как Коанда эффект . о некоторых последних применениях Эффект КоандыКэролайн Люберт Международный журнал акустики и вибрации, Vol. 16, № 3, 2011 г. http://www.iiav.org/ijav/content/volumes/16_2011_1739941303237209/vol_3/237_firstpage_856831320254369.pdf
  4. ^ Эффект Коанды. (2013). Колумбийская электронная энциклопедия , 6-е издание. Цифровая версия доступна здесь: http://www.answers.com/topic/coanda-effect archiveurl = https://web.archive.org/web/20120118131611/http://www.answers.com/topic/coanda- эффект archivedate = 18.01.2012
  5. ^ Давление воздушной струи фактически дополняет давление атмосферы, также известное как Атмосферное Давление, которое при давлении 14,7 фунтов на квадратный дюйм на уровне моря делает воду или другие жидкости гладкими. Дуйте на часть воды, и давление немного увеличится, что естественным образом заставит воду уйти. Направьте пламя параллельно жидкости или погрузите свечу почти до фитиля, и будет видно, что жидкость слегка поднимается, поскольку тепло пламени уменьшает атмосферное давление, оказывающее давление на воду. Чем горячее пламя и чем ближе к поверхности, тем сильнее будет эффект. Янг, Томас (1800), Очертания экспериментов и исследований, касающихся звука и света
  6. ^ Коанда, Х. «Патент США № 2,052869». Устройство для отклонения потока упругой жидкости, спроецированной в упругую жидкость (1936 г.).
  7. ^ Коанда Х. (1936a), Патент США n. 3261162, подъемное устройство Coanda Effect, США
  8. Перейти ↑ Eisner, Thomas (2005), For Love of Insects , Harvard University Press, p. 177, ISBN 978-0-674-01827-3
  9. ^ a b c d e Реба, Имантс (июнь 1966 г.). «Приложения эффекта Коанда». Scientific American . 214 (6): 84–921. Bibcode : 1966SciAm.214f..84R . DOI : 10.1038 / Scientificamerican0666-84 .
  10. ^ a b c Эффект Коанды, получено 17 ноября 2017 г.
  11. ^ Джефф Раскин: Эффект Коанды: Понимание того, как работают крылья. Проверено 17 ноября 2017 г.
  12. ^ a b Kadosch M., Déviation d'un jet par adhérence à une paroi convxe в Journal de Physique et le Radium , апрель 1958 г., Париж, стр. 1–12A.
  13. ^ a b Кадош М., «Эффект изогнутой стенки» на 2-й Крэнфилдской конференции по жидкостям, Кембридж, 3 января 1967 г.
  14. ^ LC Woods, Сжимаемый дозвуковой поток в двумерных каналах со смешанными граничными условиями , в Quart. Journ. Мех. И прикладная математика. , VII, 3, с. 263–282, 1954 г.
  15. ^ Кадош М., Иллюзии créatrices, CreateSpace и Kindle, 2015, гл. 8, Coandă et le jet qui soulève les aeronefs, стр. 91 к 112
  16. ^ М. Ван Дайк (1969), Теория пограничного слоя высшего порядка , Ежегодный обзор гидромеханики
  17. ^ Vit, T .; Марсик Ф. (15–21 августа 2004 г.). "Экспериментальное и теоретическое исследование нагретой струи Коанды". XXI Международный конгресс теоретической и прикладной механики .
  18. ^ Bourque, C .; Ньюманн, Б.Г. (август 1960 г.). «Присоединение двухмерной несжимаемой струи к соседней плоской пластине». The Aeronautical Quarterly . XI (3): 201–232. DOI : 10.1017 / S0001925900001797 .
  19. ^ «Подъем - это сила, создаваемая вращением движущейся жидкости». Лифт с вращающегося потока Исследовательский центр Гленна НАСА http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/right2.html Архивировано 5 июля 2011 г. в Wayback Machine
  20. ^ Динамика жидкости Михаэла-Мария Танасеску, Техасский технический университет
  21. ^ Yenne 2003, стр. 281-283.
  22. ^ Milberry 1979, стр. 137.
  23. ^ 1950 - х годов ВВС США сверхзвуковой летающая тарелка рассекреченные
  24. ^ ACHEON-Aerial Coanda Высокоэффективное ориентированное реактивное сопло, Европейская Комиссия, Ссылка на проект: 309041, Финансируется в рамках: FP7. «ТРАНСПОРТ (2011).
  25. ^ Транкосси М. и др. «Методы проектирования сопла с эффектом Коанда с двумя струями». Бюллетень INCAS 6.1 (2014): 83. http://bulletin.incas.ro/files/trancossi__dumas__das__pascua__vol_6_iss_1.pdf
  26. ^ Дас, Шьям и др. «Численное моделирование эффекта Коанда в новой двигательной системе». Международный журнал мультифизики, 8.2 (2014): 181–202.
  27. ^ Субхаш, Махарши и Антонио Дюма. «Вычислительное исследование адгезии Коанда на криволинейной поверхности». Международный аэрокосмический журнал SAE 6.2013-01-2302 (2013): 260–272.
  28. ^ Транкосси, Микеле и др. «Новая архитектура самолета на основе сопла с эффектом Коанда ACHEON: модель полета и оценка энергии». Обзор европейских транспортных исследований, 8.2 (2016): 1–21. https://link.springer.com/article/10.1007/s12544-016-0198-4
  29. ^ a b Das, Shyam S., et al. «Вычислительное гидродинамическое исследование новой двигательной системы: ACHEON и его интеграция с беспилотным летательным аппаратом (БПЛА)». Журнал аэрокосмической техники 29.1 (2015): 04015015.
  30. ^ Драган, В. (2014). Расчет числа Рейнольдса и приложения для струй изогнутой стенки. INCAS Bull, 6 (3), 35–41. http://bulletin.incas.ro/files/dragan__vol_6_issue_3.pdf
  31. ^ Драган, В. (2014). Примечания относительно определения и применимости суперциркуляции. Бюллетень ИНКАС, 6 (2), 25. http://bulletin.incas.ro/files/dragan_v__vol_6__iss_2.pdf
  32. ↑ Гидроэнергетика в США. Архивировано 21 июня 2010 г.на Wayback Machine. Эффект Коанды использовался в дизайне экрана от мусора.
  33. ^ US 4210283  «Форсунка омывателя ветрового стекла с двойным узором»
  34. ^ Спитцер, Дэвид В. "Промышленное измерение расхода". Инструментальное общество Америки, 1990.
  35. ^ Ашрафиан Х. Эффект Коанды и преимущественное правое предсердие. Грудь. Июль 2006; 130 (1): 300.
  36. ^ Qudaisat, IY (2008). «Эффект Коанда как объяснение неравномерной вентиляции легких у интубированного пациента?» . Британский журнал анестезии . 100 (6): 859–860. DOI : 10.1093 / ВпМ / aen111 . PMID 18483115 . 
  37. ^ "Жидкостный вентилятор" .
  38. ^ http://www.japi.org/june_2009/16_MP_Anaestheisa_and_Critical_Care.pdf
  39. ^ Джайлз, BD Fluidics, Эффект Коанды и некоторые орографические ветры. Arch.Met.Geoph.Biokl. Сер.А. 25, 1977, 273–279.
  40. ^ Формула 1
  41. ^ «Последние новости» .
  42. ^ Хонг, Чиен-Чонг; Чой, Джин Ву; Ан, Чонг Х. (2004). «Новый плоский пассивный микрожидкостный смеситель с модифицированной структурой Тесла». Лаборатория на чипе . 4 (2): 109–13. DOI : 10.1039 / b305892a . ISSN 1473-0197 . PMID 15052349 .  
  43. ^ Хонг, Чиен-Чонг; Чой, Джин Ву; Ан, Чонг Х. (2001), «Новый плоский пассивный микромиксер, использующий эффект Коанда», Micro Total Analysis Systems 2001 , Springer, Нидерланды, стр. 31–33, DOI : 10.1007 / 978-94-010-1015-3_11 , ISBN 9789401038935
  44. ^ "Механика жидкостей", 4-е издание, 1979 г., компания Van Nostrand Reinhold, Нью-Йорк, ISBN 0-442-30245-2 , рис. 3.12. 
  45. ^ "Понимание аэродинамики на основе аргументов реальной физики" Дуг МакЛин, 2013, John Wiley & Sons Ltd. Чичестер, ISBN 978-1-119-96751-4 , рисунок 7.3.6 
  46. ^ Эта проблема может быть решена путем точной конструкции гребного винта и корпуса, специально оптимизированной с гидродинамической точки зрения.Лен, Э. (1992), Практические методы оценки потерь тяги , Тронхейм, Норвегия: Marintek (Норвежский научно-исследовательский институт морских технологий), номер отчета 513003.00.06.
  47. ^ Кларк, IC (2005), Динамика судов для моряков , Лондон: Морской институт

Внешние ссылки [ править ]

  • Рейс 1945 г.
  • Видео с эффектом Коанды (1)
  • Видео с эффектом Коанды (2)
  • Информация о патентах Коанды
  • Новый британский проект БПЛА с эффектом Коанды
  • Отчет об эффекте Коанды и подъеме
  • Как увидеть эффект Коанды дома (комикс www.physics.org)