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康达效应

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康達效應
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康达效应(英语:Coandă effect)即附壁效应[1],又译宽德效应柯恩达效应,指射流附着在凸面上的倾向[2][3]

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旋转的乒乓球因为康达效应而悬浮在空中:球停留在气流的下缘,气压梯度力与重力相抵销,而让球维持平衡高度。

当射流流过曲面时,流体(水流或气流)与它流过的物体表面之间有表面摩擦,近物体表面的流体流速会减缓,近面流体离开原本的流动方向,改为随着凸出的物体表面流动之倾向,并使周围远面流体逸入此一喷流中;流体流速的减缓和移动方向的改变(流线弯曲)使得喷流外界的压力(大气压力)大于喷流内侧和曲面交界处的压力,导致喷流依附在曲面壁流动。

喷流的附壁效应,会使曲面壁上的压力小于喷流外界的大气压力,产生向曲面壁的附壁吸力(Coandă force)。

“康达”指的是罗马尼亚发明家亨利·科安德。科安德意识到这种效应的潜在应用,并发明了一架特殊的飞机科安德-1910英语Coandă-1910[4][5]

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发现

1800年,汤玛士·杨格在一场皇家学会的演讲中,提出了对康达效应的描述:

使蜡烛火焰往风管的气流靠拢的侧压,与气流通过障碍物时产生弯折的压力,很可能是一样的原理所造成。如果把一股气流在水面吹起的涟漪做标记,并且在气流的侧边放置一个凸面体,可以发现气流往凸面体的方向弯折了;如果凸面体是可以自由移动的话,还能发现它稍微往气流移动。

一百年后,亨利·科安德在他的科安德-1910英语Coandă-1910型飞机实验中应用了这个效应。

示范实验

康达效应可以用小气流柱和乒乓球来示范。将吸尘器的管口往上倾斜一个角度,使气流从乒乓球上表面附近通过,当气流强度适中时,乒乓球的重力和其所受气压梯度力将可以平衡、让球浮在半空中。一个对康达效应常见的误解是水龙头的水通过汤匙背面时,汤匙会被拉进水流中的这个现象也属于康达效应。[6]乒乓球的例子不同之处,在于水流汤匙是在不同的相态中(液态和气态),逸入水流的空气其实相当稀少。汤匙之所以会往水流靠拢主要是表面张力的作用。[7]康达效应的例子还有:在一根点燃的蜡烛前放置罐子,对罐子吹气,气流可以将罐子后方的蜡烛吹熄。

在空气动力学中的应用

附壁作用是大部分飞机机翼的主要运作原理。附壁作用的突然消失是飞机失速的主要原因。

部分飞机特别使用引擎吹出的气流来增加附壁作用,用以提高升力。美国波音的YC-14 及前苏联安-72都是把喷射发动机装在机翼上方的前面,配合襟翼,吹出的气流可以提高低速时机翼的升力。波音C-17环球霸王III亦有透过附壁作用增加升力,但所产生的升力较少。

直升机“无尾旋翼”英语NOTAR(英语:No Tail Rotor)技术,亦是透过吹出空气在机尾引起附壁作用,造成推力平衡主旋翼产生的反扭矩

参考文献

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