Hiệu ứng Coandă

Hiệu ứng Coandă (/ˈkwɑːndə/ hoặc /ˈkwæ-/) là một loại tính chất của dòng chất lưu khi nó tiếp xúc với bề mặt lồi. Tính chất được đặt tên theo sau nhà phát minh người România Henri Coandă.^[1]^[2]

Coandă là người đầu tiên phát hiện ra ứng dụng thực tiễn của hiệu ứng và là tiền đề cho sự phát triển của máy bay cũng như máy điều hòa sau này.^[3]^[4]

Khám phá

Người sớm nhất đã giải thích cho hiện tượng là Thomas Young khi ông cung cấp nó trong một bài giảng được gửi tới Hội Hoàng gia Luân Đôn vào năm 1800:

Áp lực phần bên làm thúc đẩy ngọn lửa của cây nến hướng tới luồng khí từ ống thổi khí là hoàn toàn có thể giống với áp lực làm dịu đi điểm uốn của luồng khí gần vật cản. Tạo nên những gợn sóng khi mà luồng khí thổi ra trên bề mặt nước. Nếu mang một vật lồi nào đó tiếp xúc với phần bên của luồng khí hoặc dưới luồng khí sẽ lập tức tạo ra luồng khí lệch theo vật đó; và nếu vật được tự do di chuyển theo mọi hướng thì luồng khí sẽ đi thẳng...^[5]

Một trăm năm sau, Henri Coandă xác định được ứng dụng của hiệu ứng này trong lúc làm thí nghiệm với máy bay Coandă-1910 của ông, với thiết kế lạ thường. Động cơ làm tuabin đẩy khí nóng ra phía sau, và Coandă chú ý rằng luồng khí bị hấp dẫn tới bề mặt gần kề. Vào năm 1934, Coandă có được bằng sáng chế ở Pháp cho "phương pháp và dụng cụ làm lệch hướng chất lưu thành một chất lưu khác." Hiệu ứng được mô tả là "sự lệch hướng của dòng chất lưu đi thẳng khi tiếp xúc với vùng phụ cận của một bức tường lồi." Văn bản chính thức đề cập đến hiệu ứng Coandă là hai bằng sáng chế năm 1936 của Henri Coandă.^[6]^[7] Cái tên này được chấp thuận bởi nhà khí động lực học dẫn đầu là Theodore von Kármán, người đã có mối quan hệ khoa học gia lâu dài với Coandă trong các vấn đề về khí động lực học.^[8]

Cơ học

Biểu đồ minh họa tính chất cơ học của hiệu ứng Coandă

Một dòng chất lưu được tạo ra kèm theo các áp lực xung quanh nó sẽ làm xuất hiện vùng áp suất thấp ở trên và dưới dòng chất lưu (xem Biểu đồ 1). Lực được tạo ra bởi áp suất thấp này sẽ làm cân bằng những luồng khí vuông góc ngay lập tức, khiến luồng khí đi theo một đường thẳng. Tuy nhiên, nếu có bề mặt chất lỏng được đặt ở gần, và gần như song song với luồng khí (Biểu đồ 2), sẽ khiến áp suất không khí bị giảm ở phần giữa luồng khí và bề mặt, điều này làm luồng khí không thể cân bằng nhanh được khi mà phần bên kia còn lại có áp suất thấp. Sự khác nhau về áp suất sẽ khiến dòng chất lưu không thể đi thẳng mà bị lệch đi, sau đó bám chặt và đi theo bề mặt (Biểu đồ 3).^[9]^[10] Dòng chất lưu sẽ bám chặt hơn nếu bề mặt cong hơn nữa (Biểu đồ 4).^[10]^[11] Nếu bề mặt không quá cong, luồng khí có thể, trong một vài trường hợp, bám chặt vào bề mặt ngay cả khi thổi 180° xoay quanh một bề mặt cong hình trụ, và vì vậy đi theo hướng ngược lại với hướng ban đầu. Lực gây thay đổi hướng đi của dòng chất lưu phải bằng và ngược với lực trên bề mặt mà dòng chất lưu chảy qua.^[10] Những hiệu ứng Coandă đem lại lực được dùng để nâng hoặc các dạng khác của chuyển động, phụ thuộc vào hướng đi của dòng chất lưu và bề mặt mà dòng chất lưu bám chặt.^[9] Một "vùng" nhỏ trên bề mặt tại chỗ mà dòng chất lưu bắt đầu (Biểu đồ 5) làm nổi bật lên sự đi trệch hướng của dòng chất lưu, rồi sau đó bám chặt vào bề mặt. Kết quả này cho thấy có một vùng xoáy áp suất nhỏ hình thành ở vùng này, làm thúc đẩy dòng chất lưu hướng về phía bề mặt.^[9]

Hiệu ứng Coandă có thể được áp dụng với mọi chất lưu, và vì vậy hiệu quả tương đương trong môi trường nước cũng như trong môi trường không khí.^[9]

Tham khảo

^ Tritton, D.J., Physical Fluid Dynamics, Van Nostrand Reinhold, 1977 (reprinted 1980), Section 22.7, The Coandă Effect.
^ “Definition of COANDA EFFECT”.
^ "The Coana effect is a phenomenon that was first observed in 1910 by a mathematician and engineer named Henri Coandă. He discovered that when air was ejected from a rectangular nozzle, it would attach itself to an inclined flat plate connected to the nozzle exit. Emphasizing the need for a sharp angle between the nozzle and the flat plate, Coandă then applied the principle to a series of deflecting surfaces, each at a sharp angle to the previous one, and succeeded in turning flows through angles as large as 180. He stated that "when a jet of fluid is passed over a curved surface, it bends to follow the surface, entraining large amounts of air as it does so," and this phenomenon has become known as the Coandă Effect. On Some Recent Applications of the Coanda Effect Caroline Lubert International Journal of Acoustics and Vibration, Vol. 16, No. 3, 2011 http://www.iiav.org/ijav/content/volumes/16_2011_1739941303237209/vol_3/237_firstpage_856831320254369.pdf
^ Coandă effect. (2013). Columbia Electronic Encyclopedia, 6th Edition. Digital version available here: http://www.answers.com/topic/coanda-effect archiveurl=https://web.archive.org/web/20120118131611/http://www.answers.com/topic/coanda-effect archivedate=ngày 18 tháng 1 năm 2012
^ The pressure of the air jet is actually supplementing the pressure of the atmosphere, a.k.a. The Atmospheric Press, which at 14.7psi at sea level makes water or other liquids lay smooth. Blow on a part of the water and the pressure is increased a slight amount which naturally makes the water move away. Direct a flame parallel over a liquid or submerge a candle almost to its wick and the liquid will be seen to rise slightly as the heat of the flame lessens the Atmospheric Press pressing on the water. The hotter the flame and the closer to the surface the greater the effect will be seen. Young, Thomas (1800), Outlines of experiments and inquiries respecting sound and light
^ Coanda, H. "US Patent# 2,052,869." Device for Deflecting a Stream of Elastic Fluid Projected into an Elastic Fluid (1936).
^ Coanda H. (1936a), US Patent n. 3,261,162, Lifting Device Coanda Effect, USA
^ Eisner, Thomas (2005), For Love of Insects, Harvard University Press, tr. 177, ISBN 978-0-674-01827-3
^ ^a ^b ^c ^d Reba, Imants (tháng 6 năm 1966). “Applications of the Coanda effect”. Scientific American. 214 (6): 84–921. Bibcode:1966SciAm.214f..84R. doi:10.1038/scientificamerican0666-84.
^ ^a ^b ^c Coanda Effect Retrieved ngày 17 tháng 11 năm 2017
^ Jeff Raskin: Coanda Effect: Understanding how wings work. Retrieved ngày 17 tháng 11 năm 2017

Liên kết ngoài

[1] Tritton, D.J., Physical Fluid Dynamics, Van Nostrand Reinhold, 1977 (reprinted 1980), Section 22.7, The Coandă Effect.

[2] “Definition of COANDA EFFECT”.

[3] "The Coana effect is a phenomenon that was first observed in 1910 by a mathematician and engineer named Henri Coandă. He discovered that when air was ejected from a rectangular nozzle, it would attach itself to an inclined flat plate connected to the nozzle exit. Emphasizing the need for a sharp angle between the nozzle and the flat plate, Coandă then applied the principle to a series of deflecting surfaces, each at a sharp angle to the previous one, and succeeded in turning flows through angles as large as 180. He stated that "when a jet of fluid is passed over a curved surface, it bends to follow the surface, entraining large amounts of air as it does so," and this phenomenon has become known as the Coandă Effect. On Some Recent Applications of the Coanda Effect Caroline Lubert International Journal of Acoustics and Vibration, Vol. 16, No. 3, 2011 http://www.iiav.org/ijav/content/volumes/16_2011_1739941303237209/vol_3/237_firstpage_856831320254369.pdf

[4] Coandă effect. (2013). Columbia Electronic Encyclopedia, 6th Edition. Digital version available here: http://www.answers.com/topic/coanda-effect archiveurl=https://web.archive.org/web/20120118131611/http://www.answers.com/topic/coanda-effect archivedate=ngày 18 tháng 1 năm 2012

[5] The pressure of the air jet is actually supplementing the pressure of the atmosphere, a.k.a. The Atmospheric Press, which at 14.7psi at sea level makes water or other liquids lay smooth. Blow on a part of the water and the pressure is increased a slight amount which naturally makes the water move away. Direct a flame parallel over a liquid or submerge a candle almost to its wick and the liquid will be seen to rise slightly as the heat of the flame lessens the Atmospheric Press pressing on the water. The hotter the flame and the closer to the surface the greater the effect will be seen. Young, Thomas (1800), Outlines of experiments and inquiries respecting sound and light

[6] Coanda, H. "US Patent# 2,052,869." Device for Deflecting a Stream of Elastic Fluid Projected into an Elastic Fluid (1936).

[7] Coanda H. (1936a), US Patent n. 3,261,162, Lifting Device Coanda Effect, USA

[8] Eisner, Thomas (2005), For Love of Insects, Harvard University Press, tr. 177, ISBN 978-0-674-01827-3

[Reba-9] Reba, Imants (tháng 6 năm 1966). “Applications of the Coanda effect”. Scientific American. 214 (6): 84–921. Bibcode:1966SciAm.214f..84R. doi:10.1038/scientificamerican0666-84.

[Thermofluids-10] Coanda Effect Retrieved ngày 17 tháng 11 năm 2017

[11] Jeff Raskin: Coanda Effect: Understanding how wings work. Retrieved ngày 17 tháng 11 năm 2017

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]