Efecte Coanda - què és?

Taula de continguts:

Efecte Coanda - què és?
Efecte Coanda - què és?
Anonim

Hi ha molts fenòmens físics i lleis descobertes per l'home per casualitat. Començant des de la llegendària poma que va caure al cap d'Isaac Newton, i Arquimedes prenent-se un bany tranquil, fins als últims descobriments en el camp de la creació de nous materials i la bioquímica. L'efecte Coanda pertany a la mateixa sèrie de descobriments. Curiosament, però la seva aplicació pràctica a la tecnologia encara es troba en l'etapa inicial. Aleshores, què és l'efecte Coanda?

retrat d'una coanda
retrat d'una coanda

Historial de descobriments

L'enginyer romanès Henri Coanda, mentre provava el seu avió experimental, equipat amb un motor a reacció, però amb un cos de fusta, per tal d'evitar l'encesa del cos per un corrent en raig, va instal·lar plaques metàl·liques protectores als costats del motors. Tanmateix, l'efecte d'això va resultar ser el contrari del que s'esperava. Els dolls caducats, per motius desconeguts, van començar a ser atrets per aquestes plaques protectores i les estructures de fusta de la cèl·lula situada a la zona de la seva col·locació es van poder encendre. Les proves van acabar en un accident, però el propi inventor noPatit. Tot això va passar a principis del segle XX.

esquema alterat
esquema alterat

Verificació experimental

L'efecte Coanda és un fenomen que pots provar des de la comoditat de la teva cuina. Si obriu l'aigua de l'aixeta i porteu un plat pla al corrent d'aigua, podeu veure aquest efecte amb els vostres propis ulls. L'aigua gairebé no es desviarà cap a la placa. Al mateix temps, el cabal d'aigua pot no ser molt elevat. En principi, aquest fenomen s'observa en qualsevol mitjà: aigua o aire. El més important és la presència d'un flux mitjà i la presència d'una superfície adjacent a aquest flux en un costat.

Per cert, aquest fenomen té un altre nom: l'efecte bullidor. És gràcies a aquest efecte que quan la tetera s'inclina, l'aigua d'ella no cau a la tassa, sinó que flueix pel broc, inundant les estovalles i, de vegades, els genolls dels altres. Atès que les lleis de la hidrodinàmica i l'aerodinàmica en conjunt, amb poques excepcions, són pràcticament idèntiques, per no repetir-se, en el futur es tindrà en compte l'efecte Coanda per al medi aeri.

Disc volador
Disc volador

Física del fenomen

L'efecte Coanda es basa en la diferència de pressió resultant en el flux en presència d'una paret que restringeix aquest flux, impedint el lliure accés d'aire des d'un costat. Qualsevol flux d'aire consta de capes amb diferents velocitats. Al mateix temps, s'ha demostrat experimentalment que la força de fricció entre la capa d'aire i la superfície sòlida adjacent és menor que entre les capes d'aire individuals. Així, la velocitat de la capa d'aire que passa prop de la superfície resulta serper sobre de la velocitat de la capa d'aire llunyana d'aquesta superfície.

A més, a una distància prou gran, la velocitat d'una de les capes d'aire respecte a la superfície serà generalment igual a zero. Resulta un camp no uniforme de velocitats al llarg de l'alçada del flux. D'acord amb les lleis de la dinàmica dels gasos, aquí sorgeix una diferència de pressió transversal, que desvia el flux cap a una pressió més baixa, és a dir, cap a on la velocitat de la capa d'aire és més alta, cap a la paret limitadora. Triant la forma del broquet i la superfície, experimentant amb les distàncies i la velocitat, és possible canviar la direcció del flux en un rang força ampli.

placa tallada
placa tallada

Matemàtiques

Durant molt de temps, el fenomen descrit no es va reconèixer en absolut, malgrat la seva obvietat i la relativa facilitat de verificació experimental. Aleshores calia fer càlculs teòrics de la força i del vector d'aquesta força, és a dir, calcular l'efecte Coanda. Aquests càlculs es van fer per a diferents tipus de jets.

Les fórmules derivades són bastant feixugues i representen una combinació de càlcul diferencial amb trigonometria. Però aquests càlculs complexos i de diversos passos només poden donar un resultat aproximat. Per descomptat, tot això no es calcula en paper, sinó utilitzant algorismes moderns incrustats en ordinadors. Tanmateix, els valors reals només es poden obtenir experimentalment. Hi ha massa factors que contribueixen a aquest efecte i no tots es poden descriure amb fórmules matemàtiques.

coanda paraigua
coanda paraigua

De què depèn aquest fenomen

Deixant de banda l'anàlisi elaborat de les fórmules, que requereix una habilitat extraordinària, la força de l'efecte Coanda depèn de la velocitat del flux, la relació del diàmetre del flux i la curvatura de la paret. Els experiments han demostrat que la ubicació i el diàmetre del broquet, la rugositat de la superfície de la paret, la distància entre el flux i la paret que el limita, així com la forma de la paret en si, són de gran importància. També s'observa que l'efecte Coanda és més pronunciat en flux turbulents.

traducció de les inscripcions a la foto
traducció de les inscripcions a la foto

Què més va inventar el descobridor

Després del descobriment del fenomen, A. Coanda va començar a desenvolupar-lo ia buscar aplicacions pràctiques. El resultat dels seus esforços va ser una patent per a la invenció d'un paraigua volador. Si s'instal·len broquets al centre de l'hemisferi de manera similar a un paraigua, expulsant un corrent de gasos, llavors, d'acord amb l'efecte Coanda, aquest corrent es pressionarà contra la superfície de l'hemisferi i fluirà cap avall, creant una regió de baixa pressió per sobre del paraigua, empenyent-lo cap amunt. El mateix inventor la va anomenar l'ala d'un avió, rodada en un anell.

ca amb la mecanització alliberada
ca amb la mecanització alliberada

Els intents de posar en pràctica aquest invent no han tingut èxit. El motiu és la inestabilitat de l'aparell a l'aire. Tanmateix, els avenços recents en el camp del control intel·ligent d'estructures inestables a l'aire, l'anomenat principi Fly by Wire, donen esperança per a l'aparició d'aquest avió exòtic.

Què s'ha aconseguit

Tot i que no va ser possible aixecar el paraigua de l'inventor a l'aire, l'efecte Coanda enl'aviació s'utilitza, però, relativament parlant, en àrees secundàries. Dels exemples més destacats, es pot citar un helicòpter sense rotor de cua desenvolupat als anys 40, les funcions del qual per compensar la rotació del rotor principal eren realitzades per un ventilador instal·lat a la part posterior i broquets amb guies especials. El mateix sistema va permetre controlar l'helicòpter en guiñada i cabecejada. Això s'ha aplicat a l'MD 520N, MD 600N i MD Explorer.

En els avions, l'efecte Coanda és, en primer lloc, un augment de la sustentació per flux d'aire addicional des del motor a la superfície superior de l'ala, que dóna el màxim efecte quan s'allibera la mecanització, és a dir, quan l'ala té el perfil més "convex", permetent que el flux surti gairebé verticalment cap avall. Això s'ha implementat als avions soviètics An-72, An-74 i An-70. Totes aquestes màquines han millorat les característiques d'enlairament i aterratge, permetent l'ús de carrils curts d'enlairament i aterratge.

De la tecnologia nord-americana, podem anomenar el "Boeing C-7", utilitzant el mateix principi, així com una sèrie de màquines experimentals. A la postguerra es van fer molts intents de crear un avió basat en els principis de l'efecte Coanda. Tots tenien forma de plat volador, i tots, al cap d'un temps determinat, es van tancar per dificultats tècniques. És possible que aquests treballs s'estan realitzant de forma estrictament vigilada en l'actualitat.

flux de trànsit de fórmula 1
flux de trànsit de fórmula 1

Del cel a la terra i sota l'aigua

Per augmentar l'adherència de les rodes amb la pista, es va començar a utilitzar l'efecte Coandai en els dissenys dels cotxes de Fórmula 1. Les màquines estan equipades amb difusors i carenats, contra els quals es pressiona el flux de gasos d'escapament, proporcionant l'efecte desitjat. La imatge de d alt mostra el moviment dels gasos d'escapament que s'enganxen als contorns, malgrat que el tub d'escapament en si mateix apunta cap amunt.

A més del transport terrestre, s'han realitzat i s'estan realitzant treballs experimentals relacionats amb l'ús d'aquest fenomen en submarins. En particular, es va crear una bicicleta submarina força exòtica a Sant Petersburg, per alguna raó anomenada en anglès - Blue Space, traduït com "espai blau". El que fa servir per moure's és l'efecte Coanda. Els carenats s'instal·len davant de la "bicicleta submarina", en què es munten rodets de rem, aspirant aigua a través de ranures especials. Després, l'aigua s'empeny a la superfície del cos de la màquina, creant una empenta a la seva superfície. L'aigua flueix per tot el casc, torna a ser aspirada a la ranura de la popa i s'expulsa.

Recomanat: