Efekt Coandy

Obracająca się piłeczka do ping-ponga jest utrzymywana w ukośnym strumieniu powietrza dzięki efektowi Coandy. Piłka „przykleja się” do dolnej strony strumienia powietrza, co zapobiega spadaniu piłki. Strumień jako całość utrzymuje piłkę w pewnej odległości od wylotu strumienia, a grawitacja zapobiega jej zdmuchnięciu.

Efekt Coandă ( / k wypukłej w ɑː n d ə / lub / k ) w ć - / to tendencja strumienia płynu do pozostawania przyczepionego do powierzchni . Merriam-Webster opisuje to jako „tendencję strumienia płynu wypływającego z otworu do podążania za sąsiednią płaską lub zakrzywioną powierzchnią i do porywania płynu z otoczenia, tak że rozwija się obszar o niższym ciśnieniu”.

Został nazwany na cześć rumuńskiego wynalazcy Henri Coandă , który jako pierwszy rozpoznał praktyczne zastosowanie tego zjawiska w projektowaniu samolotów około 1910 roku. Po raz pierwszy zostało to wyraźnie udokumentowane w dwóch patentach wydanych w 1936 roku.

Odkrycie

Wczesny opis tego zjawiska przedstawił Thomas Young w wykładzie wygłoszonym w Towarzystwie Królewskim w 1800 roku:

Boczne ciśnienie, które popycha płomień świecy w kierunku strumienia powietrza z dmuchawki, jest prawdopodobnie dokładnie podobne do tego ciśnienia, które ułatwia zagięcie strumienia powietrza w pobliżu przeszkody. Zaznacz wgłębienie, które smukły strumień powietrza tworzy na powierzchni wody. Zetknij wypukłe ciało z bokiem strumienia, a miejsce wgłębienia natychmiast pokaże, że prąd jest odchylony w kierunku ciała; a jeśli ciało będzie mogło poruszać się we wszystkich kierunkach, będzie popychane w kierunku prądu ...

Sto lat później Henri Coandă zidentyfikował zastosowanie efektu podczas eksperymentów ze swoim samolotem Coandă-1910 , w którym zamontowano zaprojektowany przez niego niezwykły silnik. Turbina napędzana silnikiem wypychała gorące powietrze do tyłu, a Coandă zauważył, że strumień powietrza jest przyciągany do pobliskich powierzchni. W 1934 roku Coandă uzyskał patent we Francji na „metodę i urządzenie do odchylania płynu do innego płynu”. Efekt został opisany jako „odchylenie zwykłego strumienia płynu, który przenika inny płyn w pobliżu wypukłej ściany”. Pierwszymi oficjalnymi dokumentami, które wyraźnie wspominają o efekcie Coandy, były dwa patenty Henri Coandy z 1936 roku. Nazwę tę zaakceptował czołowy aerodynamik Theodore von Kármán , który miał długą współpracę naukową z Coandą w zakresie problemów aerodynamiki.

Mechanizm

Diagramy ilustrujące mechanizm odpowiedzialny za efekt Coandy

Schemat ogólnego silnika, który wykorzystuje efekt Coandy do generowania siły nośnej (lub ruchu do przodu, jeśli jest przechylony o 90 ° na bok). Silnik ma kształt mniej więcej kuli lub odwróconej miski, a płyn jest wyrzucany poziomo z okrągłej szczeliny w pobliżu górnej części pocisku. Mały uskok na dolnej krawędzi szczeliny zapewnia powstanie wiru niskociśnieniowego bezpośrednio poniżej punktu, w którym płyn opuszcza szczelinę (patrz Diagram 5). Stamtąd efekt Coandy powoduje, że warstwa płynu przylega do zakrzywionej zewnętrznej powierzchni silnika. Porwanie otaczającego płynu do strumienia przepływającego nad pociskiem powoduje powstanie obszaru niskiego ciśnienia nad pociskiem (wykresy 1–5). To, wraz z ciśnieniem otoczenia („wysokim”) poniżej pocisku, powoduje uniesienie lub, jeśli jest zamontowany poziomo, ruch do przodu w kierunku wierzchołka pocisku.

Swobodny strumień powietrza porywa cząsteczki powietrza z jego bezpośredniego otoczenia, tworząc osiowosymetryczną „rurę” lub „rękaw” niskiego ciśnienia wokół strumienia (patrz Diagram 1). Wypadkowe siły z tej rury niskociśnieniowej ostatecznie równoważą wszelkie prostopadłe niestabilności przepływu, co stabilizuje strumień w linii prostej. Jeśli jednak twarda powierzchnia jest umieszczona blisko i mniej więcej równolegle do strumienia (wykres 2), to porywanie (a tym samym usuwanie) powietrza spomiędzy nieruchomej powierzchni i strumienia powoduje zmniejszenie ciśnienia powietrza po tej stronie strumienia. strumień, którego nie można wyrównać tak szybko, jak obszar niskiego ciśnienia po „otwartej” stronie strumienia. Różnica ciśnień na strumieniu powoduje, że strumień odchyla się w kierunku pobliskiej powierzchni, a następnie przylega do niej (wykres 3). Strumień jeszcze lepiej przylega do zakrzywionych powierzchni (wykres 4), ponieważ każda (nieskończenie mała) skokowa zmiana kierunku powierzchni wywołuje efekty opisane dla początkowego wygięcia strumienia w kierunku powierzchni. Jeśli powierzchnia nie jest zbyt ostro zakrzywiona, strumień może w odpowiednich warunkach przylgnąć do powierzchni nawet po okrążeniu cylindrycznie zakrzywionej powierzchni o 180°, a tym samym przemieszczać się w kierunku przeciwnym do kierunku początkowego. Siły powodujące te zmiany kierunku przepływu strumienia powodują równą i przeciwną siłę na powierzchni, po której strumień przepływa. Te siły wywołane efektem Coandy można wykorzystać do wywołania podnoszenia i innych form ruchu, w zależności od orientacji strumienia i powierzchni, do której przylega. Mała powierzchnia „wargi” w punkcie, w którym strumień zaczyna przepływać nad tą powierzchnią (schemat 5) zwiększa początkowe odchylenie kierunku przepływu strumienia. Wynika to z faktu, że za krawędzią tworzy się wir niskiego ciśnienia, sprzyjający opadaniu w kierunku powierzchni.

Efekt Coandy można wywołać w dowolnym płynie, dlatego jest równie skuteczny w wodzie i powietrzu. Podgrzewany płat znacznie zmniejsza opór powietrza.

Warunki egzystencji

Wczesne źródła dostarczają informacji teoretycznych i eksperymentalnych potrzebnych do uzyskania szczegółowego wyjaśnienia efektu. Efekt Coandy może wystąpić wzdłuż zakrzywionej ściany w strumieniu swobodnym lub przyściennym .

Po lewej stronie obraz z poprzedniej sekcji: „Mechanizm efektu Coandy”, efekt opisany terminami T. Younga jako „ciśnienie boczne, które ułatwia przegięcie prądu powietrza w pobliżu przeszkody”, przedstawia swobodny strumień wydobywający się z otworu i przeszkody w otoczeniu. Obejmuje tendencję swobodnego strumienia wychodzącego z otworu do porywania płynu z otoczenia o ograniczonym dostępie, bez rozwijania obszaru o niższym ciśnieniu, gdy w otoczeniu nie ma przeszkód, jak ma to miejsce po przeciwnej stronie, gdzie turbulentne mieszanie występuje przy ciśnieniu otoczenia.

Na prawym obrazie efekt pojawia się wzdłuż zakrzywionej ściany jako strumień ścienny . Obraz po prawej stronie przedstawia dwuwymiarowy strumień ścienny między dwiema równoległymi płaskimi ścianami, gdzie „przeszkodą” jest ćwierć cylindryczna część za płaskim poziomym prostokątnym otworem, tak że żaden płyn nie jest porywany z otoczenia wzdłuż ściana, ale tylko po przeciwnej stronie w turbulentnym mieszaniu z otaczającym powietrzem.

Strumień ścienny

odwołujemy się do dwuwymiarowego płaskiego strumienia ściennego o szerokości ( h ) wzdłuż kołowej ściany o promieniu ( r ). Strumień ścienny podąża za płaską poziomą ścianą, powiedzmy o nieskończonym promieniu, a raczej którego promień jest promieniem Ziemi bez separacji, ponieważ ciśnienie powierzchniowe, jak również ciśnienie zewnętrzne w strefie mieszania, jest wszędzie równe ciśnieniu atmosferycznemu i granicy warstwa nie oddziela się od ściany.

Pomiary ciśnienia powierzchniowego wzdłuż zakrzywionej kołowo ściany o promieniu ( r = 12 cm), odchylającej turbulentny strumień powietrza ( liczba Reynoldsa = 10 ⁶ ) o szerokości ( h ). Ciśnienie zaczyna spadać przed początkiem strumienia, z powodu lokalnych efektów w punkcie wyjścia powietrza z dyszy, która wytwarza strumień. Jeśli h / r (stosunek szerokości strumienia do promienia krzywizny ściany) jest mniejszy niż 0,5, obserwuje się prawdziwy efekt Coandy, z ciśnieniami ścianki wzdłuż zakrzywionej ściany, które pozostają na tak niskim poziomie (poniżej ciśnienie otoczenia), aż strumień osiągnie koniec ściany (kiedy ciśnienie szybko powróci do ciśnienia otoczenia). Jeśli h / r jest większy niż 0,5, w miejscu początku strumienia występują tylko efekty lokalne, po których strumień natychmiast oddziela się od ściany i nie ma efektu Coandy. Eksperymenty Kadoscha i Liermanna w laboratorium Kadoscha, SNECMA.

Przy znacznie mniejszym promieniu (12 centymetrów na obrazie po prawej) powstaje poprzeczna różnica między ciśnieniem zewnętrznym i powierzchniowym strumienia, tworząc gradient ciśnienia zależny od względnej krzywizny h / r . Ten gradient ciśnienia może pojawić się w strefie przed i za początkiem strumienia, gdzie stopniowo powstaje, i zniknąć w punkcie, w którym warstwa graniczna strumienia oddziela się od ściany, gdzie ciśnienie w ścianie osiąga ciśnienie atmosferyczne (a gradient poprzeczny wynosi zero ).

Eksperymenty przeprowadzone w 1956 roku z turbulentnymi strumieniami powietrza o liczbie Reynoldsa 10 ⁶ przy różnych szerokościach strumienia ( h ) pokazują ciśnienia mierzone wzdłuż promienia ściany zakrzywionej kołowo ( r ) w szeregu odległości poziomych od źródła strumienia (zob. schemat po prawej).

Powyżej krytycznego stosunku h / r równego 0,5 widoczne są tylko efekty lokalne u początku strumienia rozciągające się na małym kącie 18° wzdłuż zakrzywionej ściany. Strumień następnie natychmiast oddziela się od zakrzywionej ściany. Nie widać tu zatem efektu Coandy, a jedynie lokalne przywiązanie: ciśnienie mniejsze od atmosferycznego pojawia się na ścianie na odcinku odpowiadającym małemu kątowi 9°, po czym następuje równy kąt 9°, gdzie ciśnienie to wzrasta do ciśnienie atmosferyczne w momencie oddzielenia warstwy granicznej, podlegające temu dodatniemu gradientowi wzdłużnemu. Jeśli jednak h / r jest mniejszy niż wartość krytyczna 0,5, ciśnienie niższe niż ciśnienie otoczenia mierzone na ścianie widocznej u źródła strumienia trwa wzdłuż ściany (aż do końca ściany; patrz diagram po prawej). Jest to „prawdziwy efekt Coandy”, ponieważ strumień przylega do ściany „pod niemal stałym ciśnieniem”, jak w przypadku konwencjonalnego strumienia ściennego.

Obliczenia wykonane przez Woodsa w 1954 r. Dotyczące nielepkiego przepływu wzdłuż okrągłej ściany pokazują, że istnieje nielepkie rozwiązanie o dowolnej krzywiźnie h / r i dowolnym danym kącie odchylenia aż do punktu separacji na ścianie, gdzie pojawia się punkt osobliwy z nieskończonym nachyleniem krzywej nacisku powierzchniowego.

Rozkład ciśnienia wzdłuż okrągłej ściany strumienia ściennego.

Wprowadzając do obliczeń kąt rozwarcia znaleziony w poprzednich eksperymentach dla każdej wartości względnej krzywizny h / r , uzyskano niedawno obraz tutaj, i pokazuje efekty bezwładności reprezentowane przez nielepki roztwór: obliczone pole ciśnienia jest podobne do eksperymentalnego opisanego powyżej, na zewnątrz dyszy. Krzywizna przepływu jest spowodowana wyłącznie poprzecznym gradientem ciśnienia, jak opisał T. Young. Następnie lepkość tworzy tylko warstwę graniczną wzdłuż ściany i turbulentne mieszanie z otaczającym powietrzem, jak w konwencjonalnym strumieniu ściennym - z wyjątkiem tego, że ta warstwa graniczna oddziela się pod wpływem różnicy między końcowym ciśnieniem otoczenia a mniejszym ciśnieniem powierzchniowym wzdłuż ściany. Według Van Dyke'a, cytowanego w Lift , wyprowadzenie jego równania (4c) również pokazuje, że udział naprężeń lepkich w odwracaniu przepływu jest pomijalny.

Alternatywnym sposobem byłoby obliczenie kąta odchylenia, przy którym oddziela się warstwa graniczna poddana działaniu nielepkiego pola ciśnienia. Wypróbowano zgrubne obliczenie, które dało kąt separacji jako funkcję h / r i liczby Reynoldsa: Wyniki przedstawiono na obrazie, np. obliczono 54° zamiast 60° zmierzonych dla h / r = 0,25. Pożądane byłoby więcej eksperymentów i dokładniejsze obliczenie warstwy granicznej.

Inne eksperymenty wykonane w 2004 r. ze strumieniem ściennym wzdłuż okrągłej ściany pokazują, że efekt Coandy nie występuje w przepływie laminarnym , a krytyczne stosunki h / r dla małych liczb Reynoldsa są znacznie mniejsze niż dla przepływu turbulentnego. aż do h / r = 0,14 przy liczbie Reynoldsa równej 500 i h / r = 0,05 dla liczby Reynoldsa równej 100.

Bezpłatny odrzutowiec

LC Woods wykonał również obliczenia nielepkiego, dwuwymiarowego przepływu swobodnego strumienia o szerokości h, odchylonego wokół kołowo cylindrycznej powierzchni o promieniu r, pomiędzy pierwszym kontaktem A i separacją w punkcie B, z uwzględnieniem kąta odchylenia θ . Ponownie rozwiązanie istnieje dla dowolnej wartości względnej krzywizny h / r i kąta θ . Co więcej, w przypadku strumienia swobodnego równanie można rozwiązać w postaci zamkniętej, dając rozkład prędkości wzdłuż kołowej ściany. Następnie oblicza się rozkład nacisku powierzchniowego za pomocą równania Bernoulliego. Zanotujmy ciśnienie ( p _a ) i prędkość ( v _a ) wzdłuż swobodnej linii prądu przy ciśnieniu otoczenia oraz γ kąt wzdłuż ściany, który jest równy zeru w A i θ w B. Następnie znajdujemy prędkość ( v ) być:

${\ Displaystyle {\ frac {v}{v_{\mathrm {a}}}}=\exp \left({\frac {2h}{\pi r}}\arctan {\sqrt {\sinh ^{2}\left({\ frac {\pi \theta r}{4h}}\right)-\cosh ^{2}\left({\frac {\pi \theta r}{4h}}\right)\tanh ^{2}\left ({\frac {\pi \gamma r}{4h}}\right)}}\,\right)}$

Powstał obraz rozkładu ciśnienia powierzchniowego strumienia wokół cylindrycznej powierzchni przy użyciu tych samych wartości względnej krzywizny h / r i tego samego kąta θ , jak te znalezione dla strumienia ściennego przedstawionego na obrazie po prawej stronie. : można to znaleźć w odnośniku (15) s. 104 i oba obrazy są dość podobne: efekt Coandy swobodnego strumienia jest bezwładny, taki sam jak efekt Coandy strumienia ściennego. Jednak eksperymentalny pomiar odpowiedniego rozkładu nacisku powierzchniowego nie jest znany.

Eksperymenty przeprowadzone w 1959 roku przez Bourque'a i Newmanna dotyczące ponownego przyczepienia dwuwymiarowego turbulentnego strumienia do przesuniętej równoległej płyty po zamknięciu pęcherzyka separacyjnego, w którym zamknięty jest wir niskiego ciśnienia (jak na obrazku 5 w poprzedniej sekcji), a także dla dwóch -wymiarowy strumień, po którym następuje pojedyncza płaska płytka nachylona pod kątem zamiast kołowo zakrzywionej ściany na diagramie po prawej stronie opisującym doświadczenie strumienia ściennego: strumień oddziela się od płytki, a następnie zakrzywia się w kierunku płyty, gdy otaczający płyn zostaje porwany, a ciśnienie obniżone i ostatecznie ponownie się do niego przyłącza, otaczając pęcherzyk separacyjny. Strumień pozostaje swobodny, jeśli kąt jest większy niż 62°.

W tym ostatnim przypadku, którym jest geometria zaproponowana przez Coandă, wynalazca twierdzi, że ilość płynu porywanego przez strumień z otoczenia zwiększa się, gdy strumień jest odchylany, co jest cechą wykorzystywaną do poprawy oczyszczania silników spalinowych, oraz w celu zwiększenia maksymalnego współczynnika siły nośnej skrzydła, jak wskazano w zastosowaniach poniżej.

W obu przypadkach należycie zmierzono rozkład nacisku powierzchniowego oraz odległość ponownego mocowania i opracowano dwie przybliżone teorie dotyczące średniego ciśnienia w pęcherzyku separacyjnym, pozycji ponownego mocowania i wzrostu przepływu objętościowego z otworu: zgodność z eksperymentem była zadowalająca.

Aplikacje

Samolot

Efekt Coandy ma zastosowanie w różnych urządzeniach wysokiego podnoszenia w samolotach , gdzie powietrze poruszające się nad skrzydłem może być „zagięte” w kierunku ziemi za pomocą klap i arkusza odrzutowego wiejącego nad zakrzywioną powierzchnią górnej części skrzydła. Zakrzywienie strumienia skutkuje siłą nośną aerodynamiczną . Przepływ z szybkiego silnika odrzutowego zamontowanego w kapsule nad skrzydłem powoduje zwiększoną siłę nośną poprzez radykalne zwiększenie gradientu prędkości w przepływie ścinającym w warstwie granicznej. W tym gradiencie prędkości cząsteczki są wydmuchiwane z powierzchni, obniżając w ten sposób ciśnienie. Uważnie śledząc prace Coandă nad zastosowaniami jego badań, aw szczególności prace nad jego „Aerodina Lenticulară”, John Frost z Avro Canada również spędził sporo czasu na badaniu efektu, co doprowadziło do serii poduszkowców „na lewą stronę ” . z którego powietrze wychodziło pierścieniem wokół zewnętrznej części samolotu i było kierowane przez „przymocowanie” do pierścienia przypominającego klapę.

Pierwszy Avrocar przygotowywany w fabryce Avro Canada w 1958 roku

Jest to przeciwieństwo tradycyjnego projektu poduszkowca, w którym powietrze jest wdmuchiwane do centralnej części komory i kierowane w dół za pomocą materiałowej „spódnicy”. Zbudowano tylko jeden z projektów Frosta, Avro Canada VZ-9 Avrocar .

Avrocar (często wymieniany jako „VZ-9”) był kanadyjskim samolotem pionowego startu i lądowania (VTOL) opracowanym przez Avro Aircraft Ltd. jako część tajnego projektu wojskowego Stanów Zjednoczonych realizowanego we wczesnych latach zimnej wojny . Avrocar zamierzał wykorzystać efekt Coandă, aby zapewnić siłę nośną i ciąg z pojedynczego „turborotoru” wydmuchującego spaliny z obręczy samolotu w kształcie dysku, aby zapewnić oczekiwane osiągi podobne do VTOL. W powietrzu przypominałby latający spodek . Zbudowano dwa prototypy jako pojazdy testowe „proof-of-concept” dla bardziej zaawansowanego myśliwca Sił Powietrznych Stanów Zjednoczonych, a także na potrzeby taktycznego samolotu bojowego armii amerykańskiej.

Avro's 1956 Project 1794 dla armii amerykańskiej zaprojektował latający spodek na większą skalę w oparciu o efekt Coandy i przeznaczony do osiągania prędkości od 3 do 4 machów. Dokumenty projektowe pozostawały tajne do 2012 roku.

Efekt został również wdrożony podczas projektu US Air Force Advanced Medium STOL Transport (AMST). Kilka samolotów, w szczególności Boeing YC-14 (pierwszy nowoczesny typ wykorzystujący ten efekt), wyciszony samolot badawczy krótkiego zasięgu NASA oraz samolot badawczy Asuka Narodowego Laboratorium Lotnictwa i Kosmonautyki Japonii zostały zbudowane, aby wykorzystać ten efekt, poprzez zamontowanie turbowentylatorów na szczycie skrzydeł, aby zapewnić szybkie powietrze nawet przy niskich prędkościach lotu, ale do tej pory tylko jeden samolot wszedł do produkcji wykorzystujący ten system w dużym stopniu, Antonow An -72 „Coaler”. Latająca łódź Shin Meiwa US-1A wykorzystuje podobny system, tyle że kieruje strumień wody z czterech silników turbośmigłowych na górną część skrzydła, aby wygenerować siłę nośną przy niskiej prędkości. Co bardziej wyjątkowe, zawiera piąty silnik turbowałowy wewnątrz środkowej części skrzydła, wyłącznie w celu dostarczania powietrza do potężnych dmuchanych klap . Dodanie tych dwóch systemów daje samolotowi imponujące możliwości STOL.

Silnik Coandă (poz. 3,6–8) zastępuje śmigło ogonowe w śmigłowcu NOTAR . 1 Wlot powietrza. 2 Wentylator o zmiennym skoku. 3 Belka ogonowa ze szczelinami Coandă. 4 stabilizatory pionowe. 5 Bezpośredni ster strumieniowy. 6 Spłukiwanie. 7 Przekrój belki ogonowej sterowania cyrkulacją. 8 Podnoszenie momentu obrotowego.

Przedstawienie samolotu Blackburn Buccaneer . Szczeliny nadmuchowe na krawędziach natarcia skrzydła , statecznika poziomego i klapach / lotkach krawędzi spływu są podświetlone. Te cechy aerodynamiczne przyczyniają się do przepływu powietrza Coandă nad skrzydłem.

C -17 Globemaster III ma zewnętrznie dmuchane klapy, przy czym część przepływu silnika przechodzi przez szczeliny klap, które mają być obracane nad górnymi powierzchniami przez efekt Coandy.

Eksperymentalny McDonnell Douglas YC-15 i jego produkcyjna pochodna, Boeing C-17 Globemaster III , również wykorzystują ten efekt. Helikopter NOTAR zastępuje konwencjonalne śmigło ogonowe ogonem z efektem Coandy (schemat po lewej).

Lepszego zrozumienia efektu Coandy dostarczyła literatura naukowa opracowana w ramach projektu ACHEON EU 7PR. W ramach tego projektu wykorzystano szczególną symetryczną dyszę do skutecznego modelowania efektu Coandy i określono innowacyjne konfiguracje samolotów STOL na podstawie tego efektu. Działalność ta została rozszerzona przez Dragana w sektorze maszyn wirnikowych w celu lepszej optymalizacji kształtu obracających się łopatek w ramach prac Rumuńskiego Centrum Badawczego Comoti nad maszynami wirnikowymi.

Praktyczne zastosowanie efektu Coandy dotyczy nachylonych ekranów elektrowni wodnych , które oddzielają zanieczyszczenia, ryby itp., W przeciwnym razie w strumieniu wejściowym do turbin. Ze względu na nachylenie zanieczyszczenia spadają z ekranów bez mechanicznego oczyszczania, a dzięki drutom ekranu optymalizującym efekt Coandy, woda przepływa przez ekran do rurociągów doprowadzających wodę do turbin .

Efekt Coandy jest stosowany w dozownikach płynu o podwójnym wzorze w spryskiwaczach przedniej szyby samochodu.

Zasada działania przepływomierzy oscylacyjnych opiera się również na zjawisku Coandy. Napływająca ciecz wpływa do komory zawierającej dwie „wyspy”. W wyniku efektu Coandă główny nurt rozdziela się i przepływa pod jedną z wysp. Ten strumień następnie wraca do głównego strumienia, powodując jego ponowne rozdzielenie, ale w kierunku drugiej wyspy. Proces ten powtarza się tak długo, jak ciecz krąży w komorze, powodując samoczynne oscylacje, które są wprost proporcjonalne do prędkości cieczy, aw konsekwencji do objętości substancji przepływającej przez miernik. Czujnik wychwytuje częstotliwość tej oscylacji i przekształca ją w sygnał analogowy, dający przepływ objętości.

Klimatyzacja

W klimatyzacji efekt Coandy jest wykorzystywany do zwiększenia zasięgu nawiewnika montowanego na suficie . Ponieważ efekt Coandy powoduje, że powietrze wywiewane z dyfuzora „przykleja się” do sufitu, przed opadnięciem przemieszcza się ono dalej z taką samą prędkością wypływu, jak w przypadku zamontowania nawiewnika na wolnym powietrzu, bez sąsiedniego sufitu. Niższa prędkość wylotu powietrza oznacza niższy poziom hałasu, aw przypadku systemów klimatyzacji o zmiennej objętości powietrza (VAV) pozwala na większe współczynniki ograniczenia . Dyfuzory liniowe i szczelinowe, które mają dłuższy kontakt z sufitem, wykazują większy efekt Coandy.

Opieka zdrowotna

W medycynie sercowo-naczyniowej efekt Coandy odpowiada za oddzielne strumienie krwi w prawym przedsionku płodu . Wyjaśnia to również, dlaczego ekscentryczne niedomykalności mitralnej są przyciągane i rozpraszane wzdłuż sąsiednich powierzchni ściany lewego przedsionka (tak zwane „strugi przylegające do ściany”, jak widać w badaniu echokardiograficznym z kolorowym dopplerem). Jest to istotne klinicznie, ponieważ pole widzenia (a tym samym nasilenie) tych ekscentrycznych, przylegających do ściany strumieni jest często niedoceniane w porównaniu z łatwiej dostrzegalnymi strumieniami centralnymi. nasilenia niedomykalności mitralnej preferowane są metody wolumetryczne, takie jak metoda PISA (proximal isovelocity surface area) .

W medycynie efekt Coandy jest stosowany w respiratorach.

Meteorologia

W meteorologii teoria efektu Coandy została również zastosowana do niektórych strumieni powietrza wypływających z pasm górskich, takich jak Karpaty i Alpy Transylwańskie , gdzie odnotowano wpływ na rolnictwo i roślinność. Wydaje się również, że jest to efekt w dolinie Rodanu we Francji iw pobliżu Wielkiej Delty na Alasce.

Wyścigi samochodowe

W wyścigach samochodowych Formuły 1 efekt Coandy został wykorzystany przez zespoły McLaren, Sauber, Ferrari i Lotus, po pierwszym wprowadzeniu przez Adriana Neweya (Red Bull Team) w 2011 roku, aby pomóc przekierować gazy wydechowe do przepływu przez tylny dyfuzor z zamiar zwiększenia docisku tylnej części samochodu. W związku ze zmianami przepisów wprowadzonymi przez FIA od początku sezonu 2014 Formuły 1 , zrezygnowano z zamiaru przekierowania spalin na efekt Coandy, ze względu na obowiązkowy wymóg, aby układ wydechowy samochodu nie posiadał karoserii przeznaczonej do przyczyniają się do efektu aerodynamicznego znajdującego się bezpośrednio za nim.

płyny

W fluidyce efekt Coandy wykorzystano do budowy multiwibratorów bistabilnych , w których strumień roboczy (sprężone powietrze) przyklejał się do jednej lub drugiej zakrzywionej ściany, a belki sterujące mogły przełączać strumień między ścianami.

Mikser

Efekt Coandy jest również używany do mieszania dwóch różnych płynów w mikserze.

Demonstracja

Efekt Coandy można zademonstrować, kierując mały strumień powietrza w górę pod kątem nad piłką pingpongową. Strumień jest przyciągany i podąża za górną powierzchnią kuli, zakręcając wokół niej, z powodu (promieniowego) przyspieszenia (spowalniania i obracania) powietrza wokół piłki. Przy wystarczającym przepływie powietrza ta zmiana pędu jest równoważona przez równą i przeciwną siłę działającą na piłkę podtrzymującą jej ciężar. Ta demonstracja może być przeprowadzona przy użyciu suszarki do włosów ustawionej na najniższe ustawienie lub odkurzacza, jeśli wylot można przymocować do rury i skierować do góry pod kątem.

Powszechnym błędnym przekonaniem jest to, że efekt Coandy pojawia się, gdy strumień wody z kranu przepływa przez grzbiet lekko trzymanej w strumieniu łyżki, a łyżka zostaje wciągnięta do strumienia (na przykład Massey 1979, ryc. 3.12 wykorzystuje efekt Coandy do wyjaśnić ugięcie wody wokół walca). Podczas gdy przepływ wygląda bardzo podobnie do przepływu powietrza nad piłeczką pingpongową powyżej (jeśli można zobaczyć przepływ powietrza), przyczyną nie jest tak naprawdę efekt Coandy. Tutaj, ponieważ jest to przepływ wody do powietrza, otaczający płyn (powietrze) jest w niewielkim stopniu porywany do strumienia (strumienia wody). W tej szczególnej demonstracji dominuje napięcie powierzchniowe . ( McLean 2012 , rysunek 7.3.6 stwierdza, że ​​ugięcie wody „w rzeczywistości demonstruje przyciąganie molekularne i napięcie powierzchniowe”).

Innym pokazem jest skierowanie strumienia powietrza np. z odkurzacza pracującego w odwrotnej kolejności, stycznie do okrągłego cylindra. Kosz na śmieci dobrze się sprawdza. Strumień powietrza wydaje się „owijać” cylinder i można go wykryć pod kątem większym niż 180° od napływającego strumienia. W odpowiednich warunkach, przy natężeniu przepływu, masie butli, gładkości powierzchni, na której się znajduje, butla faktycznie się porusza. Należy zauważyć, że cylinder nie porusza się bezpośrednio do przepływu, jak przewidywałoby błędne zastosowanie efektu Bernoulliego , ale po przekątnej.

Efekt Coandy można również zademonstrować, umieszczając puszkę przed zapaloną świecą, tak że gdy patrzy się wzdłuż górnej części puszki, płomień świecy jest całkowicie ukryty za nią. Jeśli następnie dmuchnie się bezpośrednio w puszkę, świeca zgaśnie, mimo że puszka „przeszkadza”. Dzieje się tak, ponieważ strumień powietrza skierowany na puszkę zagina się wokół niej i nadal dociera do świecy, aby ją zgasić, zgodnie z efektem Coandy.

Spowodowane problemy

Inżynieryjne wykorzystanie efektu Coandy ma zarówno wady, jak i zalety.

W napędzie morskim wydajność śruby napędowej lub steru strumieniowego może zostać poważnie ograniczona przez efekt Coandy. Siła wywierana na statek przez śrubę napędową jest funkcją prędkości, objętości i kierunku strumienia wody opuszczającego śrubę napędową. W pewnych warunkach (np. gdy statek porusza się po wodzie) efekt Coandy zmienia kierunek strumienia śmigła, powodując, że podąża on za kształtem kadłuba statku . Siła boczna z steru strumieniowego tunelu na dziobie statku maleje gwałtownie wraz z prędkością do przodu. Ciąg boczny może całkowicie zaniknąć przy prędkościach powyżej około 3 węzłów. Jeśli efekt Coandy zostanie zastosowany do symetrycznie ukształtowanych dysz, spowoduje to problemy z rezonansem.

Zobacz też

• Aerodynamika
• płat
• Warstwa graniczna
• Skrzydło kontroli krążenia
• Dynamika płynów
• Tarcie płynu
• Siła podnoszenia)
• Efekt Magnusa
• Układy mikroelektromechaniczne
• Mikrofluidyka
• NOTAR
• Efekt czajnika
• Zawór Tesli
• Efekt wykopu

Źródła

•    Ashrafian, Hutan (2006). „Efekt Coandy i preferencyjne przesyłanie strumieniowe z prawego przedsionka”. klatka piersiowa 130 (1): 300. doi : 10.1378/skrzynia.130.1.300 . ISSN 0012-3692 . PMID 16840419 .
•   Das, Shyam; Abdollahzadeh, M.; Pascoa, Jose; Dumas, A.; Trancossi, M. (2014). „Modelowanie numeryczne efektu koandy w nowym układzie napędowym” . The International Journal of Multiphysics . 8 (2): 181–202. doi : 10.1260/1750-9548.8.2.181 . ISSN 1750-9548 .
•   Das, Shyam S.; Páscoa, Jose C.; Trancossi, M.; Dumas, A. (2015). „Obliczeniowe badanie dynamiki płynów w nowym układzie napędowym: ACHEON i jego integracja z bezzałogowym statkiem powietrznym (UAV)” . Journal of Aerospace Engineering . 29 (1): 04015015. doi : 10.1061/(ASCE)AS.1943-5525.0000498 . ISSN 0893-1321 .
• Dragan, V. (2014a). „Uwagi dotyczące definicji i zastosowania supercyrkulacji” (PDF) . Byk INKAS . 6 (2): 25–32. doi : 10.13111/2066-8201.2014.6.2.3 .
• Dragan, V. (2014b). „Obliczanie liczby Reynoldsa i zastosowania dla zakrzywionych dysz ściennych” (PDF) . Byk INKAS . 6 (3): 35–41. doi : 10.13111/2066-8201.2014.6.3.4 .
•    Giles, BD (1977). „Fuidyka, efekt Coandy i niektóre wiatry orograficzne”. Archiv für Meteorologie, Geophysik und Bioklimatologie, Serie A. 25 (3): 273–279. Bibcode : 1977AMGBA..25..273G . doi : 10.1007/BF02321800 . ISSN 0066-6416 . S2CID 124178075 .
• Lehn, E. (1992), Praktyczne metody szacowania strat ciągu , Trondheim, Norwegia: Marintek (Norwegian Marine Technology Research Institute), raport nr 513003.00.06
• Lubert, Caroline (2011), „O niektórych najnowszych zastosowaniach efektu Coandy” (PDF) , International Journal of Acoustics and Vibration , 16 (3), doi : 10.20855/ijav.2011.16.3286
•   Massey, Bernard Stanford (1979). Mechanika płynów (wyd. 4). Nowy Jork: Van Nostrand Reinhold Company. ISBN 978-0-442-30245-0 .
•   McLean Doug (2012). Zrozumienie aerodynamiki: argumentowanie na podstawie rzeczywistej fizyki . Chichester: John Wiley & Sons. ISBN 978-1-119-96751-4 .
• Rangappa, Pradeep (czerwiec 2009). „Znieczulenie i intensywna opieka” (PDF) . Dziennik Stowarzyszenia Lekarzy Indii . 57 : 486. Zarchiwizowane od oryginału (PDF) w dniu 2013-03-24.
•   Subhash, Mahariszi; Dumas, Antonio (2013). „Obliczeniowe badanie przyczepności Coandy na zakrzywionej powierzchni”. SAE International Journal of Aerospace . 6 (1): 260–272. doi : 10.4271/2013-01-2302 . ISSN 1946-3901 .
• Trancossi, Michele; Dumas, Antonio; Das, Shyam Sumantha; Pascoa (2014). „Metody projektowania dyszy z efektem Coandy z dwoma strumieniami” (PDF) . Biuletyn INCAS . 6 (1): 83–95. doi : 10.13111/2066-8201.2014.6.1.8 .
•    Trancossi, Michele; Madonia, Mauro; Dumas, Antonio; Angeli, Diego; Bingham, Chris; Das, Shyam Sumanta; Grimaccia, Francesco; Marques, Jose Pascoa; Porreca, Eliana; Smith, Tim; Stewart, Paweł; Subhash, Mahariszi; Sunol, Anna; Vucinic, Dean (2016). „Nowa architektura samolotu oparta na dyszy z efektem ACHEON Coanda: model lotu i ocena energii”. Europejski Przegląd Badań nad Transportem . 8 (2). doi : 10.1007/s12544-016-0198-4 . hdl : 11380/1116374 . ISSN 1867-0717 . S2CID 54063478 .
• Young, Thomas (1800), Zarysy eksperymentów i dociekań dotyczących dźwięku i światła

Linki zewnętrzne

• Lot 1945
• Film z efektem Coandy (1)
• Wideo z efektem Coandy (2)
• Informacje o patentach Coandă
• Nowy brytyjski projekt UAV wykorzystujący efekt Coandy
• Raport na temat efektu Coandy i windy
• Jak zobaczyć efekt Coandy w domu (komiks www.physics.org)