柯恩达效应
射流本该笔直地从喷嘴喷出。但只要旁边有一个凸曲面,射流就会拐弯、贴住曲面。这就是柯恩达效应——它靠的不是任何“吸力”,而是射流一侧压力的降低。
射流本该笔直地从喷嘴喷出。但只要旁边有一个凸曲面,射流就会拐弯、贴住曲面。这就是柯恩达效应——它靠的不是任何“吸力”,而是射流一侧压力的降低。
把勺子放在水流下面,水会弯过去贴着勺子流,而不是直直落下;把吹风机的气流对着手背,气流也会贴着手弯过来。两种情况里,高速射流都贴上了旁边的曲面。这种行为就叫柯恩达效应,得名于罗马尼亚工程师亨利·柯恩达。
左边的喷嘴向右喷出一股射流。灰色虚线是自由射流本该走的路径。实际上射流却向下弯、贴住康达曲面。上方的箭头表示流体被卷吸——被射流拖着走——这会让射流与曲面之间的流体变薄、使那里压力下降,即标出的低压区。外侧的环境压力相对更高,正是这个压力差把射流压到曲面上。
工程师利用这个效应,不用任何活动部件就能改变流动方向。它出现在飞机的吹气襟翼和部分垂直起降设计中,也用于“空气放大器”喷嘴(用少量压缩空气带动更多空气)、剥离表面液体的气刀、戴森式无叶风扇的引风,以及靠高速气流打散液体的喷嘴。
收敛喷嘴把又慢又宽的流动变成又快又细的一束,流体以高速离开。若不加干预,这样的射流会沿直线前进。
那条直线路径就是图里的灰色虚线。射流本身并不知道旁边有曲面——拐弯一定来自它周围压力的变化。
只要高速射流在动,紧挨它的流体就会被拖着走、被带走——这就是卷吸。尤其是射流与曲面之间那道狭窄缝隙里的流体,被抽走后很难及时补上。
正因为那里的流体被抽走,缝隙中的压力降到低于周围环境压力。此时射流靠曲面一侧压力低、靠开放一侧压力高。
外侧较高的环境压力把射流推向曲面,于是它贴上去、依附在曲面上。曲面转,射流就跟着转——弯得比自由射流远得多。这股贴壁射流,就是柯恩达效应。
就是高速射流倾向于贴着旁边的凸曲面走,而不继续沿直线前进。射流会朝曲面弯过去并贴住它,即使曲面的走向已经开始偏离射流原来的方向。
因为流动的射流会把周围流体一起带走,这个过程叫卷吸。在射流与曲面之间,被带走的流体得不到及时补充,那里的压力就降了下来。射流另一侧较高的压力于是把它压向曲面。
不是。水、空气或任何气体都行。关键是高速流动的流体紧挨着凸曲面;把水龙头靠近一个曲面物体,水流也会贴上去,是同一个道理。
它出现在飞机的吹气襟翼和部分垂直起降设计中,也用在空气放大器、气刀、戴森式无叶风扇的引风、化油器与喷嘴,甚至连勺子接住自来水水流也是它。
两者密切相关但不同。伯努利说的是流速越快压力越低;而柯恩达效应是卷吸让射流一侧压力降低,随后周围较高的压力把射流压到曲面上所产生的结果。