Эффект Коанды - Coandă effect

Вращающийся шар для пинг-понга удерживается в диагональном потоке воздуха благодаря эффекту Коанды. Мяч «прилипает» к нижней стороне воздушного потока, что не дает мячу упасть. Жиклер в целом удерживает мяч на некотором расстоянии от выхлопа жиклера, а сила тяжести не дает его унести.

В Эффект Коанды (/ˈkшɑːпdə/ или /ˈkшæ-/) - тенденция струя жидкости чтобы оставаться прикрепленным к выпуклой поверхности. Он назван в честь румынский изобретатель Анри Коанда, который описал это 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

Раннее описание этого явления было предоставлено Томас Янг в лекции, прочитанной Королевское общество в 1800 г .:

Боковое давление, которое подталкивает пламя свечи к потоку воздуха из паяльной трубки, вероятно, точно аналогично тому давлению, которое облегчает перегиб 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 же 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 с его Коанда-1910 самолет, на котором был установлен разработанный им необычный двигатель. Турбина с приводом от двигателя выталкивала горячий воздух назад, и Коанда заметил, что поток воздуха притягивается к близлежащим поверхностям. В 1934 году Коанда получил патент на Франция для «способа и устройства для перехода одной жидкости в другую». Эффект был описан как «отклонение плоской 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 название было принято ведущим специалистом по аэродинамике. Теодор фон Карман, который имел с Коандой давние научные отношения по проблемам аэродинамики.[8]

Механизм

Диаграммы, иллюстрирующие механизм, ответственный за эффект Коанды
Схема типового двигателя, использующего эффект Коанды для создания подъемной силы (или движения вперед при наклоне на 90 ° на боку). 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, где жидкость выходит из щели (см. Диаграмма 5). С этого момента эффект Коанды заставляет слой жидкости цепляться за изогнутую внешнюю поверхность двигателя. Унос окружающей жидкости 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 он установлен горизонтально, поступательное движение в направлении вершины пули.[9]

Свободная струя воздуха увлекает молекулы воздуха из окружающей среды, вызывая осесимметричный «трубка» или «гильза» низкого давления вокруг жиклера (см. Диаграмма 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 поперек струи заставляет струю отклоняться к близлежащей поверхности, а затем прилипать к ней (Диаграмма 3).[9][10] Струя еще лучше прилегает к изогнутым поверхностям (Диаграмма 4), поскольку 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 ° цилиндрически 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, вдоль которой течет струя.[10] Эти силы, индуцированные эффектом Коанды, могут использоваться 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 выступом формируется 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

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 либо в свободный самолет или настенная струя.

На левом изображении предыдущего раздела: «Механизм эффекта Коанда», эффект, описанный Т. Янгом как «боковое давление, которое облегчает перегибание воздушного потока возле препятствия», представляет собой свободный самолет выходящий 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 настенная струя. Изображение справа представляет двухмерная пристенная струя 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, а только на противоположной стороне при турбулентном перемешивании с окружающим воздухом .

Стенная струя

Чтобы сравнить эксперимент с теоретической моделью, сначала обратимся к двумерной плоской пристенной струе шириной час вдоль круглой стены радиуса р. Стеночная струя следует за плоской горизонтальной стенкой, скажем, бесконечного радиуса или, скорее, радиуса которой равен радиусу Земли. без разлуки потому что поверхностное давление, а также внешнее давление в зоне смешения везде равно атмосферному давлению, и пограничный слой не отделяется от стенки.

Измерения поверхностного давления вдоль изогнутой по кругу стенки радиуса r = 12 см, отклоняющей бурный струя воздуха (Число Рейнольдса = 106) 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 уровне (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 внешним давлением и давлением на поверхности стенки струи, создавая градиент давления в зависимости от ч / г, относительная кривизна. Этот градиент давления может появиться в зоне до и после начала струи, где она постепенно возникает, и исчезнуть в точке, где пограничный слой струи отделяется от стенки, где давление на стенке достигает атмосферного давления (а поперечный градиент становится равным нулю. ).

Опыты 1956 г. бурный воздушные форсунки на Число Рейнольдса из 106 при различной ширине струи (час) показывают давления, измеренные вдоль стенки с круговой кривизной (радиус р) на ряду горизонтальных расстояний от источника струи (см. диаграмму справа).[12][13]

Выше критического час/р При соотношении 0,5 видны только локальные эффекты в источнике струи, распространяющиеся на небольшой угол 18 ° вдоль изогнутой стенки. Затем струя сразу отделяется от изогнутой стенки. Таким образом, 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 с учетом этого положительного продольного градиента. Однако если час/р Если коэффициент меньше критического значения 0,5, давление ниже окружающего, 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, сделанный Вудсом в 1954 г.[14] из невязкий обтекание круглой стены показывает, что существует невязкий раствор любой кривизны час/р и любой заданный угол отклонения до точки разделения на стене, где появляется особая точка с бесконечным наклоном кривой поверхностного давления.

Распределение давления вдоль круглой стенки пристенной струи

Вводя в расчет угол при разносе, найденный в предыдущих экспериментах для каждого значения относительной кривизны час/р, изображение здесь было получено недавно,[15] и показаны инерционные эффекты, представленные невязким раствором: расчетное поле давления аналогично 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 в Подъем (сила) Статья в Википедии, §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 час/р и число Рейнольдса:[13] Результаты отображаются на изображении, например, 54 ° рассчитано вместо 60 °, измеренного для час/р=0.25. Было бы желательно больше экспериментов и более точный расчет пограничного слоя.

Другие эксперименты, проведенные в 2004 г. с пристенной струей вдоль круглой стенки, показывают, что эффект Коанды не возникает в ламинарный поток, а критические отношения h / r для малых чисел Рейнольдса намного меньше, чем для турбулентного потока.[17] вплоть до час/р=0.14 если Re = 500 и час/р=0.05 если Re = 100.

Бесплатная струя

Л.С.Вудс 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 час/р и угол θ. Более того, в случае свободной струи уравнение может быть решено в замкнутой форме, давая распределение скорости вдоль круглой стенки. Затем рассчитывается распределение приземного давления с использованием уравнения Бернулли. Отметим па давление и vа скорость вдоль свободной линии тока при атмосферном давлении, а γ угол вдоль стенки, равный нулю в A и θ в B. Тогда скорость v оказывается:

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 найденные для пристенной струи, представленные на изображении справа. : его можно найти в ссылке (15) с. 104, и оба изображения очень похожи: эффект Коанды для свободной струи инерционен, так же как эффект Коанда для пристенной струи. Однако экспериментальные измерения соответствующего распределения поверхностного давления неизвестны.

Эксперименты Бурка и Ньюмана в 1959 г.[18] относительно присоединения двумерной турбулентной струи к смещенной параллельной пластине после включения разделительного пузыря, в котором находится вихрь низкого давления (как на изображении 5 в предыдущем разделе), а также для двумерной струи, за которой следует одиночный 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 увлекается и давление понижается, и в конце концов присоединяется к нему, 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

Эффект Коанды имеет важные применения в различных высотных устройствах на самолет, где воздух, движущийся над крылом, можно «согнуть» к земле с помощью закрылков и струи, обдувающей криволинейную поверхность верхней части крыла. Искривление потока приводит к аэродинамический подъемник.[19] Течение от высокоскоростного реактивного двигателя, установленного в стручок над крылом увеличивает подъемную силу за счет резкого увеличения скорости градиент в сдвиговый поток в пограничном слое. В этом градиенте скорости частицы отрываются от поверхности, тем самым понижая там давление. Внимательно следя за работой Коанды над приложениями его исследований, 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 "наизнанку" судно на воздушной подушке -подобный самолет, из которого воздух выходил по кольцу вокруг самолета и направлялся путем «прикрепления» 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 выдувается в центральную зону, т.е. пленум, и направленный вниз с использованием тканевой «юбки». Только один из проектов Фроста был построен. Аврокар.

В ВЗ-9 АВ Аврокар (часто указывается как ВЗ-9) был канадцем вертикальный взлет и посадка (VTOL) самолет разработан Avro Aircraft Ltd. в рамках секретного военного проекта Соединенных Штатов, осуществленного в первые годы Холодная война.[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 ожидаемую СВВП -подобное исполнение. В воздухе он походил бы на летающая тарелка. Два прототипа были построены в качестве испытательных автомобилей для более продвинутой модели. ВВС США истребитель, а также для Армия США требования к тактическому боевому самолету.[22]

Авро 1956 Проект 1794 для американских военных разработали большую летающую тарелку, основанную на эффекте Коанды и предназначенную для достижения скорости от 3 до 4 Махов.[23] Документы по проекту оставались засекреченными до 2012 года.

Эффект также был реализован во время ВВС США с АМСТ проект. Несколько самолетов, в частности Боинг YC-14 (первый современный тип, использующий этот эффект), НАСА Тихий ближнемагистральный исследовательский самолет, а Национальная аэрокосмическая лаборатория Японии с Аска Исследовательские самолеты были построены, чтобы воспользоваться этим эффектом, установив турбовентиляторы на верхней части крыльев, чтобы обеспечить высокую скорость полета даже на малых скоростях полета, но на сегодняшний день только один самолет был запущен в производство, использующий эту систему в значительной степени, а именно: Антонов Ан-72 «Уголь». В Шин Мейва US-1A Летающая 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 двигатель с турбонаддувом внутри центральной секции крыла исключительно для подачи воздуха для мощных взорванные створки. Добавление этих двух систем дает самолету впечатляющие возможности КВП.

Двигатель Коанды (позиции 3,6–8) заменяет хвостовой винт в НОТАР вертолет. 1 Воздухозаборник 2 Вентилятор переменного шага 3 Хвостовая балка со слотами Coandă 4 Вертикальные стабилизаторы 5 Прямой реактивный двигатель 6 Промывка вниз 7 Поперечное сечение хвостовой балки с регулировкой циркуляции 8 Анти-крутящий момент лифт
Изображение Блэкберн Буканьер самолет. Дует планки видны на передних кромках и крыле и задней кромке закрылки выделены. Эти аэродинамические характеристики способствуют обтеканию крыла воздушного потока Коанды.
Схема использования планки и закрылки увеличить максимальный коэффициент 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 увеличенная диаграмма, чтобы подчеркнуть основные моменты.
В C-17 Globemaster III использует эффект Коанды так же, как и Блэкберн Буканьер (изображено справа), но с дополнительным использованием выхлопных газов двигателей над верхними поверхностями крыльев для создания подъемной силы для комфортной езды на малых скоростях полета.

В Макдоннелл Дуглас YC-15 и его преемник, Boeing C-17 Globemaster III, также используйте эффект. В НОТАР вертолет заменяет обычный пропеллер хвостовой винт с хвостом с эффектом Коанды (рисунок 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 определил инновационные конфигурации самолетов КВП на основе эффекта.[28][29] Эта деятельность была расширена Драганом в секторе турбомашин с целью лучшей оптимизации формы вращающихся лопастей в рамках работы Румынского исследовательского центра в Комоти по турбомашинному оборудованию.[30][31]

Важное практическое использование эффекта Коанды - наклонные гидроэнергетика экраны[32] которые отделяют мусор, рыбу и т. д., иначе входящий поток к турбинам. Из-за наклона мусор падает с экранов без механической очистки, а из-за проводов экрана, оптимизирующих эффект Коанды, вода течет через экран к водозаборники ведя воду к турбинам.

Эффект Коанды используется в дозаторах жидкости двойного действия в омывателях лобового стекла.[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 автоколебаниям, которые прямо пропорциональны скорости жидкости и, следовательно, объему вещества, протекающего через измеритель. Датчик улавливает частоту этого колебания и преобразует его в аналоговый сигнал, дающий проходящий объем.[34]

В кондиционер, эффект Коанды используется для увеличения бросить потолочного монтажа 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 переменный объем воздуха (VAV) системы кондиционирования, позволяет больше коэффициенты диапазона изменения. Линейные диффузоры и щелевые диффузоры которые представляют большую длину контакта с потолком, демонстрируют больший эффект Коанды.

В сердечно-сосудистая медицина, эффект Коанды учитывает отдельные потоки крови в плод верно Атриум.[35] Это также объясняет, почему эксцентричный митральная регургитация струи притягиваются и рассеиваются вдоль смежных поверхностей стенки левого предсердия (так называемые «струи, прилегающие к стенке», как видно на эхокардиографическом цветовом допплеровском опросе). Это имеет клиническое значение, потому что визуальная область (и, следовательно, серьезность) этих эксцентричных сопел, прилегающих к стенкам, часто недооценивается по сравнению с более очевидными центральными соплами. В этих случаях для количественной оценки степени тяжести предпочтительнее использовать объемные методы, такие как метод проксимальной изоволновой площади поверхности (PISA). митральная регургитация.

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

В метеорология, теория эффекта Коанды также применялась к некоторым воздушным потокам, выходящим из горных хребтов, таким как Карпатские горы и Трансильванские Альпы, где было отмечено воздействие на сельское хозяйство и растительность. Это также похоже на эффект в Долина Роны во Франции и рядом Большая Дельта на Аляске.[39]

В Формула один В автомобильных гонках 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 с целью увеличение прижимной силы в задней части автомобиля.[40] В связи с изменениями в правилах, установленных FIA с начала 2014 Формула-1 сезон, намерение перенаправить выхлопные газы для использования эффекта Коанды было отвергнуто в связи с обязательным требованием, чтобы выхлоп автомобиля не имел кузова непосредственно за выходом для использования аэродинамического эффекта.[41]

В флюидика, эффект Коанды был использован для построения бистабильные мультивибраторы, где 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 Смеситель эффектов Коанда.[42][43]

Практическая демонстрация

Эффект Коанды можно продемонстрировать, направив небольшую струю воздуха вверх под углом над мячом для пинг-понга. 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 импульс уравновешивается равной и противоположной силой, действующей на мяч, поддерживающим его вес. Эту демонстрацию можно выполнить с помощью фена на самом низком уровне или пылесоса, 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 потоке, и ложка втягивается в поток (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 преобладают 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 предположить при неправильном применении 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.

Проблемы, вызванные

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

В морской силовой установке эффективность пропеллер или подруливающее устройство может быть сильно ограничен эффектом Коанды. Сила, создаваемая гребным винтом на судне, является функцией скорости, объема и направления струи воды, выходящей из гребного винта. При определенных условиях (например, когда корабль движется по воде) эффект Коанды изменяет направление струи гребного винта, заставляя ее следовать форме корабля. корпус. Боковая сила от туннельное подруливающее устройство на носу корабля быстро уменьшается с поступательной скоростью.[46] Боковая тяга может полностью исчезнуть на скорости выше примерно 3 узлов.[47]Если эффект Коанды применяется к соплам симметричной формы, возникают проблемы с резонансом. Эти проблемы и то, как сочетаются разные вращения, были подробно проанализированы.[29]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Триттон, Д.Дж., Physical Fluid Dynamics, Van Nostrand Reinhold, 1977 (перепечатано в 1980 г.), раздел 22.7, Эффект Коанды.
  2. ^ «Определение ЭФФЕКТА КОАНДА».
  3. ^ «Эффект Коанда - 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. Из-за необходимости 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 заявил что «когда струя жидкости проходит по изогнутой поверхности, она изгибается, чтобы следовать за поверхностью, увлекая при этом большое количество воздуха», и это явление стало известно как Эффект Коанды. О некоторых недавних применениях эффекта Коанда Кэролайн 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-effect archivedate = 18.01.2012
  5. ^ Давление воздушной струи фактически дополняет давление атмосферы, также известное как атмосферное давление, которое при давлении 14,7 фунта 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, тем ближе к поверхности. будет больше эффект.Янг, Томас (1800), Очертания экспериментов и исследований относительно звука и света
  6. ^ Коанда, Х. «Патент США № 2,052,869». Устройство для отклонения потока упругой жидкости, спроецированной в упругую жидкость (1936 г.).
  7. ^ Коанда Х. (1936a), патент США № 3261162, подъемное устройство Coanda Effect, США
  8. ^ Эйснер, Томас (2005), Из любви к насекомым, Издательство Гарвардского университета, стр. 177, ISBN  978-0-674-01827-3
  9. ^ а б c d е Реба, Имантс (июнь 1966 г.). «Приложения эффекта Коанда». Scientific American. 214 (6): 84–921. Bibcode:1966SciAm.214f..84R. Дои:10.1038 / scientificamerican0666-84.
  10. ^ а б c Эффект Коанды Дата обращения 17 ноября 2017.
  11. ^ Джефф Раскин: Эффект Коанды: понимание того, как работают крылья. Дата обращения 17 ноября 2017.
  12. ^ а б Кадош М., 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. ^ а б Кадош М., «Эффект изогнутой стены» на 2-й Cranfield Fluidics Conference, Кембридж, 3 января 1967 г.
  14. ^ Л. К. Вудс, Сжимаемое дозвуковое течение в двумерных каналах со смешанными граничными условиями, в Кварта. Journ. Мех. И прикладная математика., VII, 3, с. 263–282, 1954 г.
  15. ^ Кадош М., Создатели иллюзий, CreateSpace & 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. Дои:10.1017 / S0001925900001797.
  19. ^ «Подъем - это сила, создаваемая вращением движущейся жидкости». Лифт из исследовательского центра NASA Glenn Research Center http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/right2.html В архиве 2011-07-05 в Wayback Machine
  20. ^ Гидродинамика, Михаэла-Мария Танасеску, Техасский технический университет
  21. ^ Йенн, 2003, стр. 281–283.
  22. ^ Милберри 1979, стр. 137.
  23. ^ Рассекречена сверхзвуковая летающая тарелка ВВС США 1950-х годов
  24. ^ ACHEON-Aerial Coanda Высокоэффективная ориентированная струйная насадка, Европейская Комиссия, Номер проекта: 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 искривленной поверхности». Международный аэрокосмический журнал SAE 6.2013-01-2302 (2013): 260–272.
  28. ^ Транкосси, Микеле и др. «Новая архитектура самолета на основе сопла ACHEON Coanda: 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. ^ а б Дас, Шьям С. и др. «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 В архиве 2010-06-21 на Wayback Machine, Эффект Коанды, используемый в дизайне экрана от мусора.
  33. ^ США 4210283  «Двойная форсунка омывателя лобового стекла»
  34. ^ Спитцер, Дэвид В. "Промышленное измерение расхода". Инструментальное общество Америки, 1990.
  35. ^ Ашрафян Х. Эффект Коанды и преимущественная правопредсердная трансляция // Грудь. Июль 2006; 130 (1): 300.
  36. ^ Qudaisat, I.Y. (2008). «Эффект Коанда как объяснение неравномерной вентиляции легких у интубированного пациента?». Британский журнал анестезии. 100 (6): 859–860. Дои:10.1093 / bja / aen111. PMID  18483115.
  37. ^ «Аппарат ИВЛ».
  38. ^ http://www.japi.org/june_2009/16_MP_Anaestheisa_and_Critical_Care.pdf
  39. ^ Джайлз, Б. Флюидика, 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. Дои: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", Системы Micro Total Analysis 2001, Springer, Нидерланды, стр. 31–33, Дои: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, И. К. (2005), Динамика корабля для моряков, Лондон: Морской институт.

внешняя ссылка