Александра Шумакова
Челябинская область, г. Копейск
МБОУ "ФМЛ №31 г. Челябинска", 9 класс
ИЗУЧЕНИЕ ЭФФЕКТА КОАНДА НА ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЯХ
55
Научный руководитель: Сухова Ольга Радиевна, Челябинская обл., г. Челябинск, МБОУ "ФМЛ №31 г. Челябинска", учитель физики
Цель проекта
Получение зависимости характеристик цилиндрической водной гелисы от различных параметров.
Задачи
  1. Изучение литературы по вопросам образования коандовских течений;
  2. Создание экспериментальной установки;
  3. Экспериментальная проверка зависимости угла оборота и начального шага гелисы (винтовой линии) от материала и диаметра цилиндра, угла наклона сопла, скорости струи;
  4. Анализ результатов.
Актуальность
Актуальность исследования заключается, прежде всего, в понимании эффекта Коанда, что может поспособствовать улучшению конструктивных особенностей пищевых контейнеров, а также лучшему контролю струй, выходящих из сопел, во многих устройствах, например, в струйных и 3D-принтерах.
Многие сталкивались с тем, что струя воды из наклоненного чайника льется не вертикально вниз, а бежит по наружной стенке носика. Это происходит из-за эффекта чайника, иначе эффекта Коанда. Эффект Коанда - это явление прилипания струи жидкости или газа к твёрдой поверхности, которое было обнаружено учёным Анри Коанда в первой половине XX века. В некоторых устройствах эффект Коанда повышает эффективность подъёмной силы, как, например, в воздуховодах болидов Формулы-1 и некоторых военно-транспортных разработках. В других устройствах, как, например, в струйных и 3D принтерах данного эффекта надо избежать.

Конечно, моделей, описывающих закручивание струи газа, достаточно много, но поведение вязких жидких струй на криволинейных поверхностях изучено гораздо меньше из-за сложности учёта всех физических явлений, влияющих на образование гелисы и её поведение. Существующие модели закручивания жидкостных гелис носят эмпирический характер и покрывают лишь малую часть проявлений этого эффекта, поэтому эффект чайника нуждается в дальнейшем изучении.

Для получения результатов использовалась установка, которая позволяла создавать равномерный поток, контролировать его скорость, угол наклона струи и измерять угол гелисы, начальный шаг гелисы.

Эксперимент 1. Зависимость образования гелисы от материала цилиндрической поверхности. Использовались стеклянный, парафиновый, эбонитовый, пластиковый, покрытый сажей стеклянный цилиндры. Выяснили, что смачивание мешает стабильному существованию гелисы, но играет важную роль в её устойчивом образовании.

Эксперимент 2. Зависимость характеристик гелисы от угла наклона сопла. С ростом угла наклона сопла угол оборота гелисы сначала возрастал от 320° до 500°, а потом уменьшался до 300°. Начальный шаг же линейно рос в зависимости от тангенса, что согласуется с теорией.

Эксперимент 3. Зависимость характеристик гелисы от диаметра цилиндра. С ростом диаметра начальный шаг увеличивается, угол оборота – уменьшается. К сожалению, точную зависимость определить невозможно.

Эксперимент 4. Зависимость характеристик гелисы от скорости потока. При увеличении скорости потока угол оборота растёт, начальный шаг же сначала уменьшается, после чего возрастает. Достаточно большой статистический разброс результатов для каждой скорости убеждает в необходимости частичной автоматизации установки и в необходимости учёта условий, влияющих на вязкость жидкости.

Эксперимент 5. Наблюдаемое явление гистерезиса. Образование водной гелисы обладает свойством гистерезиса. На больших скоростях струя не прилипала к цилиндрической поверхности, однако у уже образованной гелисы удаётся увеличить скорость потока до значений, при которых на сухой цилиндр вода не прилипает.
Научная новизна
Научная новизна исследования заключается в выяснении качественной зависимости угла оборота водной гелисы коандовского течения от радиуса цилиндрической поверхности и начального угла потока.
Практическая значимость
Практическая значимость нашего исследования заключается в разработке методики получения устойчивых водных гелис на цилиндрических гидрофобных и гидрофильных поверхностях с радиусом кривизны от 0,35 см до 1 см.
Результаты
В результате описаны свойство гистерезиса водной гелисы; определено, что смачивание мешает стабильному существованию гелисы, но играет важную роль в её устойчивом образовании, а также то, что за начальное прилипание потока отвечает эффект Бернулли; получены зависимости характеристик гелисы от материала и диаметра цилиндра, угла наклона сопла, скорости потока.

Расписание работы автора проекта
31 марта, ср
Диалог с экспертами
Ответы на вопросы
10:00
10:20

11:35 - 11:45

Новиков В.С.
Кузнецов С.М.
31 марта, ср
10:40
11:00
11:20
Бункин Н.Ф.
Винтайкин Б.Е.
Чирский С.П.

Задайте вопрос автору проекта
Обязанность отвечать на заданные вопросы остается полностью на участнике. Организаторы форума не несут ответственности за сроки получения ответа.
Заполняя данную форму Вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности сайта.
Пообщайтесь с автором в режиме реального времени
Вы можете посмотреть диалог с экспертом и задать вопросы автору в форме вебинара.
Расписание сессий приведено выше
Made on
Tilda