Wikipedia

Pengaruh Coandă

Revisi sejak 21 Agustus 2022 21.05 oleh Arif suyono 5 (bicara | kontrib) (→Aplikasi)

Pengaruh Coandă= (IPA: ['kwandə]) adalah kecenderungan dari tekanan zat cair yang selalu tersambung dengan permukaan membengkok yang berdekatan. Prinsipnya diberi nama dari orang Romania, Henri Coandă, yang pertama kali mengenali pemanfaatan dari fenomena tersebut untuk pengembangan pesawat terbang.

Pengaruh Coandă pada sendok dan air.
Demonstrasi Pengaruh Coanda

Ini dinamai penemu Rumania Henri Coandă, yang merupakan orang pertama yang mengenali penerapan praktis dari fenomena tersebut dalam desain pesawat sekitar tahun 1910.[1]  Ini pertama kali didokumentasikan secara eksplisit dalam dua paten yang dikeluarkan pada tahun 1936.

Penemuan

Deskripsi awal tentang fenomena ini diberikan oleh Thomas Young dalam sebuah kuliah yang diberikan kepada The Royal Society pada tahun 1800:

Tekanan lateral yang mendorong nyala lilin ke arah aliran udara dari blowpipe mungkin persis mirip dengan tekanan yang mengurangi infleksi arus udara di dekat rintangan. Tandai lesung pipit yang dibuat oleh aliran udara ramping di permukaan air. Bawa tubuh cembung ke dalam kontak dengan sisi aliran dan tempat lesung pipit akan segera menunjukkan arus dibelokkan ke arah tubuh; dan jika tubuh bebas untuk bergerak ke segala arah, itu akan didesak ke arah arus ...

Seratus tahun kemudian, Henri Coandă mengidentifikasi penerapan efek selama percobaan dengan pesawat Coandă-1910-nya, yang memasang mesin yang tidak biasa yang ia rancang. Turbin yang digerakkan motor mendorong udara panas ke belakang, dan Coandă memperhatikan bahwa aliran udara tertarik ke permukaan terdekat. Pada tahun 1934 Coandă memperoleh paten di Prancis untuk "metode dan peralatan untuk penyimpangan cairan ke dalam cairan lain". Efeknya digambarkan sebagai "penyimpangan semburan polos cairan yang menembus cairan lain di sekitar dinding cembung". Dokumen resmi pertama yang secara eksplisit menyebutkan efek Coandă adalah dua paten tahun 1936 oleh Henri Coandă.[2][3]  Nama ini diterima oleh ahli aerodinamika terkemuka Theodore von Kármán, yang memiliki hubungan ilmiah panjang dengan Coandă tentang masalah aerodinamika.[4]

Mekanisme
Diagram yang menggambarkan mekanisme yang bertanggung jawab atas efek Coandă

Semburan udara bebas memasukkan molekul udara dari sekitarnya yang menyebabkan "tabung" atau "selongsong" tekanan rendah axisymmetrical di sekitar jet (lihat Diagram 1). Gaya yang dihasilkan dari tabung tekanan rendah ini akhirnya menyeimbangkan ketidakstabilan aliran tegak lurus, yang menstabilkan jet dalam garis lurus. Namun, jika permukaan padat ditempatkan dekat, dan kira-kira sejajar dengan jet (Diagram 2), maka entrainment (dan karenanya penghapusan) udara dari antara permukaan padat dan jet menyebabkan pengurangan tekanan udara di sisi jet yang tidak dapat diseimbangkan secepat daerah tekanan rendah di sisi "terbuka" jet. Perbedaan tekanan di seluruh jet menyebabkan jet menyimpang ke arah permukaan terdekat, dan kemudian menempel padanya (Diagram 3).[5][6]  Jet ini melekat lebih baik pada permukaan melengkung (Diagram 4), karena setiap perubahan inkremental (sangat kecil) dalam arah permukaan membawa efek yang dijelaskan untuk pembengkokan awal jet ke permukaan.[7][8]  Jika permukaannya tidak terlalu melengkung tajam, jet dapat, dalam keadaan yang tepat, menempel pada permukaan bahkan setelah mengalir 180° di sekitar permukaan melengkung silindris, dan dengan demikian bergerak ke arah yang berlawanan dengan arah awalnya. Gaya-gaya yang menyebabkan perubahan ini dalam arah aliran jet menyebabkan gaya yang sama dan berlawanan pada permukaan di mana jet mengalir.[7]  Gaya yang diinduksi efek Coandă ini dapat dimanfaatkan untuk menyebabkan pengangkatan dan bentuk gerak lainnya, tergantung pada orientasi jet dan permukaan yang dianut jet.[9]  Sebuah "bibir" kecil di permukaan pada titik di mana jet mulai mengalir di atas permukaan itu (Diagram 5) meningkatkan penyimpangan awal dari arah aliran jet, dan kemudian melekat pada permukaan. Ini hasil dari fakta bahwa pusaran tekanan rendah terbentuk di belakang bibir, mendorong penurunan jet ke permukaan.[9]

 
Diagram mesin generik yang memanfaatkan Efek Coandă untuk menghasilkan gaya angkat (atau gerakan maju jika dimiringkan 90° pada sisinya). Mesinnya kira-kira berbentuk peluru atau mangkuk terbalik, dengan cairan dikeluarkan secara horizontal dari celah melingkar di dekat bagian atas peluru. Sebuah langkah kecil di tepi bawah celah memastikan bahwa pusaran tekanan rendah berkembang tepat di bawah titik di mana cairan keluar dari celah (lihat Diagram 5). Dari sana pada efek Coandă menyebabkan lembaran cairan menempel pada permukaan luar mesin yang melengkung. Masuknya cairan sekitar ke dalam aliran yang mengalir di atas peluru, menyebabkan area bertekanan rendah di atas peluru (Diagram 1-5). Ini, bersama dengan tekanan ambient ("tinggi") di bawah peluru menyebabkan gaya angkat, atau, jika dipasang secara horizontal, gerakan maju ke arah puncak peluru.[9]

Efek Coandă dapat diinduksi dalam cairan apa pun, dan karenanya sama efektifnya dalam air seperti di udara.[9]  Airfoil yang dipanaskan secara signifikan mengurangi hambatan.[10]

Kondisi keberadaan

Sumber-sumber awal memberikan informasi, baik teoretis maupun eksperimental, yang diperlukan untuk memperoleh dengan membandingkan penjelasan terperinci tentang efek Coandă dan batas-batasnya. Efek Coandă dapat terjadi di sepanjang dinding melengkung baik dalam jet bebas atau jet dinding.

Pada gambar kiri bagian sebelumnya: "Mekanisme efek Coanda", efek seperti yang dijelaskan, dalam istilah T. Young sebagai "tekanan lateral yang memudahkan infleksi arus udara di dekat rintangan", mewakili jet bebas yang muncul dari lubang dan rintangan di sekitarnya. Ini termasuk kecenderungan jet bebas yang muncul dari lubang untuk memasukkan cairan dari sekitarnya yang dibatasi dengan akses terbatas, tanpa mengembangkan wilayah tekanan yang lebih rendah ketika tidak ada hambatan di sekitarnya, seperti halnya di sisi yang berlawanan di mana pencampuran turbulen terjadi pada tekanan sekitar.

Pada gambar kanan, efeknya terjadi di sepanjang dinding melengkung sebagai jet dinding. Gambar di sini di sebelah kanan mewakili jet dinding dua dimensi antara dua dinding bidang paralel, di mana "rintangan" adalah seperempat bagian silinder mengikuti lubang persegi panjang horizontal datar, sehingga tidak ada cairan sama sekali yang tertanam dari sekitarnya di sepanjang dinding, tetapi hanya di sisi yang berlawanan dalam pencampuran turbulen dengan udara sekitar.

Jet dinding

Untuk membandingkan eksperimen dengan model teoretis, jet dinding bidang dua dimensi dengan lebar (h) di sepanjang dinding melingkar jari-jari (r) disebut. Jet dinding mengikuti dinding horizontal datar, katakanlah jari-jari tak terbatas, atau lebih tepatnya yang jari-jarinya adalah jari-jari Bumi tanpa pemisahan karena tekanan permukaan serta tekanan eksternal di zona pencampuran di mana-mana sama dengan tekanan atmosfer dan lapisan batas tidak terpisah dari dinding.

Dengan radius yang jauh lebih kecil (12 sentimeter pada gambar di sebelah kanan) perbedaan melintang muncul antara tekanan permukaan eksternal dan dinding jet, menciptakan gradien tekanan tergantung pada h/r, kelengkungan relatif. Gradien tekanan ini dapat muncul di zona sebelum dan sesudah asal jet di mana ia secara bertahap muncul, dan menghilang pada titik di mana lapisan batas jet terpisah dari dinding, di mana tekanan dinding mencapai tekanan atmosfer (dan gradien melintang menjadi nol).

 
Pengukuran tekanan permukaan di sepanjang dinding jari-jari melengkung melingkar (r = 12 cm), membelokkan semburan udara yang bergejolak (nomor Reynolds = 106) lebar (h). Tekanan mulai turun sebelum asal jet, karena efek lokal pada titik keluarnya udara dari nosel yang menciptakan jet. Jika h/r rasio (rasio lebar jet dengan jari-jari kelengkungan dinding) kurang dari 0, 5, efek Coandă yang sebenarnya diamati, dengan tekanan dinding di sepanjang dinding melengkung tetap pada tingkat rendah (tekanan sub-ambien) ini sampai jet mencapai ujung dinding (ketika tekanan dengan cepat kembali ke tekanan sekitar). Jika h/r rasio lebih dari 0, 5, hanya efek lokal yang terjadi pada asal jet, setelah itu jet segera terpisah dari dinding, dan tidak ada efek Coandă. Eksperimen oleh Kadosch dan Liermann di laboratorium Kadosch, SNECMA. [11]

Eksperimen yang dilakukan pada tahun 1956 dengan jet udara turbulen pada nomor Reynolds 106 pada berbagai lebar jet (h) menunjukkan tekanan yang diukur sepanjang jari-jari dinding melengkung melingkar (r) pada serangkaian jarak horizontal dari asal jet (lihat diagram di sebelah kanan).[12][13]

Di atas kritis h/r rasio 0,5 hanya efek lokal pada asal jet yang terlihat memanjang pada sudut kecil 18° di sepanjang dinding melengkung. Jet kemudian segera terpisah dari dinding melengkung. Oleh karena itu, efek Coandă tidak terlihat di sini tetapi hanya perlekatan lokal: tekanan yang lebih kecil dari tekanan atmosfer muncul di dinding sepanjang jarak yang sesuai dengan sudut kecil 9°, diikuti oleh sudut yang sama 9° di mana tekanan ini meningkat hingga tekanan atmosfer pada pemisahan lapisan batas, tunduk pada gradien longitudinal positif ini. Namun, jika h/r rasio lebih kecil dari nilai kritis 0, 5, tekanan lebih rendah dari sekitar yang diukur pada dinding yang terlihat pada asal jet berlanjut di sepanjang dinding (sampai dinding berakhir; lihat diagram di sebelah kanan). Ini adalah "efek Coandă sejati" karena jet menempel di dinding "pada tekanan yang hampir konstan" seperti pada jet dinding konvensional.

Sebuah perhitungan yang dibuat oleh Woods pada tahun 1954[14] dari aliran inviscid di sepanjang dinding melingkar menunjukkan bahwa ada solusi inviscid dengan kelengkungan apa pun h/r dan setiap sudut defleksi yang diberikan hingga titik pemisahan di dinding, di mana titik tunggal muncul dengan kemiringan tak terbatas dari kurva tekanan permukaan.

Memperkenalkan dalam perhitungan sudut pada pemisahan yang ditemukan dalam percobaan sebelumnya untuk setiap nilai kelengkungan relatif h/r, gambar di sini baru-baru ini diperoleh, dan menunjukkan efek inersia yang diwakili oleh solusi inviscid: medan tekanan yang dihitung mirip dengan yang eksperimental yang dijelaskan di atas, di luar nosel. Kelengkungan aliran disebabkan secara eksklusif oleh gradien tekanan melintang, seperti yang dijelaskan oleh T. Young. Kemudian, viskositas hanya menghasilkan lapisan batas di sepanjang dinding dan pencampuran turbulen dengan udara sekitar seperti pada jet dinding konvensional — kecuali bahwa lapisan batas ini terpisah di bawah aksi perbedaan antara tekanan ambien akhirnya dan tekanan permukaan yang lebih kecil di sepanjang dinding. Menurut Van Dyke,[15] seperti dikutip dalam Lift, derivasi persamaannya (4c) juga menunjukkan bahwa kontribusi tekanan kental terhadap aliran balik dapat diabaikan.

Cara alternatif adalah dengan menghitung sudut defleksi di mana lapisan batas yang mengalami medan tekanan inviscid terpisah. Perhitungan kasar telah dicoba yang memberikan sudut pemisahan sebagai fungsi dari h/r dan angka Reynolds:[16] Hasilnya dilaporkan pada gambar, misalnya, 54° dihitung, bukan 60° diukur untuk h/r = 0,25. Lebih banyak eksperimen dan perhitungan lapisan batas yang lebih akurat akan diinginkan.

 
Distribusi tekanan di sepanjang dinding melingkar dari pancaran dinding.

Eksperimen lain yang dilakukan pada tahun 2004 dengan jet dinding di sepanjang dinding melingkar menunjukkan bahwa efek Coandă tidak terjadi dalam aliran laminar, dan kritis h/r rasio untuk angka Reynolds kecil jauh lebih kecil daripada rasio untuk aliran turbulen.[17]  hingga h/r = 0,14 dengan nomor Reynolds 500, dan h/r = 0,05 untuk nomor Reynolds 100.

Jet Bebas

L. C. Woods juga membuat perhitungan aliran dua dimensi yang tidak terlihat dari jet bebas lebar h, dibelokkan mengelilingi permukaan silinder melingkar dari jari-jari r, antara kontak pertama A dan pemisahan pada B, termasuk sudut defleksi θ. Sekali lagi ada solusi untuk setiap nilai kelengkungan relatif h/r dan sudut θ. Selain itu, dalam kasus jet bebas persamaan dapat diselesaikan dalam bentuk tertutup, memberikan distribusi kecepatan di sepanjang dinding melingkar. Distribusi tekanan permukaan kemudian dihitung menggunakan persamaan Bernoulli. Mari kita perhatikan tekanan (pa) dan kecepatan (va) di sepanjang streamline bebas pada tekanan sekitar, dan γ sudut di sepanjang dinding yang nol di A dan θ di B. Kemudian kecepatan (v) ditemukan sebagai:

 

Gambar distribusi tekanan permukaan jet mengelilingi permukaan silinder menggunakan nilai yang sama dari kelengkungan relatif h/r, dan sudut yang sama θ seperti yang ditemukan untuk jet dinding yang dilaporkan pada gambar di sisi kanan di sini telah ditetapkan: dapat ditemukan dalam referensi (15) hlm. 104 dan kedua gambar sangat mirip: efek Coandă dari jet bebas adalah inersia, sama seperti efek Coandă dari jet dinding. Namun, pengukuran eksperimental dari distribusi tekanan permukaan yang sesuai tidak diketahui.

Eksperimen pada tahun 1959 oleh Bourque dan Newmann[18] mengenai pemasangan kembali jet turbulen dua dimensi ke pelat paralel offset setelah melampirkan gelembung pemisahan di mana pusaran tekanan rendah dibatasi (seperti pada gambar 5 di bagian sebelumnya) dan juga untuk jet dua dimensi diikuti oleh pelat datar tunggal yang miring pada sudut alih-alih dinding melengkung melingkar pada diagram di sebelah kanan sini yang menggambarkan pengalaman jet dinding: jet terpisah dari pelat, kemudian melengkung ke arah pelat ketika cairan di sekitarnya dimasukkan dan tekanan diturunkan, dan akhirnya menempel kembali padanya, menutupi gelembung pemisahan. Jet tetap bebas jika sudutnya lebih besar dari 62°.

Dalam kasus terakhir ini yang merupakan geometri yang diusulkan oleh Coandă, klaim penemunya adalah bahwa jumlah cairan yang dimasukkan oleh jet dari sekitarnya meningkat ketika jet dibelokkan, fitur yang dieksploitasi untuk meningkatkan pemulung mesin pembakaran internal, dan untuk meningkatkan koefisien angkat maksimum sayap, seperti yang ditunjukkan dalam aplikasi di bawah ini.

Distribusi tekanan permukaan serta jarak reattachment telah diukur dengan semestinya dalam kedua kasus, dan dua teori perkiraan telah dikembangkan untuk tekanan rata-rata dalam gelembung pemisahan, posisi reattachment dan peningkatan aliran volume dari lubang: perjanjian dengan percobaan memuaskan.

Aplikasi

Efek Coandă memiliki aplikasi di berbagai perangkat angkat tinggi pada pesawat terbang, di mana udara yang bergerak di atas sayap dapat "ditekuk" ke arah tanah menggunakan flap dan lembaran jet yang bertiup di atas permukaan melengkung bagian atas sayap. Pembengkokan aliran menghasilkan daya angkat aerodinamis.[19]  Aliran dari mesin jet berkecepatan tinggi yang dipasang di pod di atas sayap menghasilkan peningkatan daya angkat dengan secara dramatis meningkatkan gradien kecepatan dalam aliran geser di lapisan batas. Dalam gradien kecepatan ini, partikel tertiup angin dari permukaan, sehingga menurunkan tekanan di sana. Mengikuti dengan cermat karya Coandă pada aplikasi penelitiannya, dan khususnya karyanya pada "Aerodina Lenticulară,"[20] John Frost dari Avro Kanada juga menghabiskan banyak waktu untuk meneliti efeknya, yang mengarah ke serangkaian pesawat seperti hovercraft "luar dalam" dari mana udara keluar dalam cincin di sekitar bagian luar pesawat dan diarahkan dengan "melekat" pada cincin seperti flap.

Ini, berbeda dengan desain hovercraft tradisional, di mana udara dihembuskan ke area tengah, pleno, dan diarahkan ke bawah dengan menggunakan "rok" kain. Hanya satu dari desain Frost yang pernah dibangun, Avro Canada VZ-9 Avrocar.

Pranala luar

 

Artikel bertopik fisika ini adalah sebuah rintisan. Anda dapat membantu Wikipedia dengan mengembangkannya.

  1. ^ "Payment by Check. Its Effect upon the Original Obligation". Columbia Law Review. 18 (3): 264. 1918-03. doi:10.2307/1112143. ISSN 0010-1958. 
  2. ^ Shinbrot, Troy (2019-04-11). Elastic Surfaces. Oxford University Press. hlm. 30–50. 
  3. ^ SFERI-COANDA CLICHY (FRANCE) (1957-06-01). "COANDA EFFECT". Fort Belvoir, VA. 
  4. ^ Eisner, Thomas (2003). For love of insects. Cambridge, Mass.: Belknap Press of Harvard University Press. ISBN 0-674-01181-3. OCLC 52047487. 
  5. ^ Reba, Imants (1966-06). "Applications of the Coanda Effect". Scientific American. 214 (6): 84–92. doi:10.1038/scientificamerican0666-84. ISSN 0036-8733. 
  6. ^ SFERI-COANDA CLICHY (FRANCE) (1957-06-01). "COANDA EFFECT". Fort Belvoir, VA. 
  7. ^ a b SFERI-COANDA CLICHY (FRANCE) (1957-06-01). "COANDA EFFECT". Fort Belvoir, VA. 
  8. ^ Party Town. Bloomsbury Sigma. 2017. 
  9. ^ a b c d Reba, Imants (1966-06). "Applications of the Coanda Effect". Scientific American. 214 (6): 84–92. doi:10.1038/scientificamerican0666-84. ISSN 0036-8733. 
  10. ^ Ramkhalawan, Nigel; Hassanali, Hamid (2021-06-28). "ESPCP - An Economic Artificial Lift Method for an Offshore Field in Southwest Trinidad". Day 3 Wed, June 30, 2021. SPE. doi:10.2118/200920-ms. 
  11. ^ Kadosch, Marcel (1958). "Déviation des jets par adhérence à une paroi convexe". Journal de Physique Appliquée. 19 (S4): 1–12. doi:10.1051/jphysap:019580019040100. ISSN 1160-8161. 
  12. ^ Kadosch, Marcel (1958). "Déviation des jets par adhérence à une paroi convexe". Journal de Physique Appliquée. 19 (S4): 1–12. doi:10.1051/jphysap:019580019040100. ISSN 1160-8161. 
  13. ^ "SEMIANNUAL REPORT [ON ELECTRON ACCELERATOR], JANUARY 1--JUNE 30, 1967". 1967-01-01. 
  14. ^ WOODS, L. C. (1954). "COMPRESSIBLE SUBSONIC FLOW IN TWO-DIMENSIONAL CHANNELS WITH MIXED BOUNDARY CONDITIONS". The Quarterly Journal of Mechanics and Applied Mathematics. 7 (3): 263–282. doi:10.1093/qjmam/7.3.263. ISSN 0033-5614. 
  15. ^ Van Dyke, Milton (1969-01). "Higher-Order Boundary-Layer Theory". Annual Review of Fluid Mechanics. 1 (1): 265–292. doi:10.1146/annurev.fl.01.010169.001405. ISSN 0066-4189. 
  16. ^ "SEMIANNUAL REPORT [ON ELECTRON ACCELERATOR], JANUARY 1--JUNE 30, 1967". 1967-01-01. 
  17. ^ Gutkowski, Witold; Kowalewski, Tomasz A., ed. (2005). "Mechanics of the 21st Century". doi:10.1007/1-4020-3559-4. 
  18. ^ Bourque, C.; Newman, B. G. (1960-08). "Reattachment of a Two-Dimensional, Incompressible Jet to an Adjacent Flat Plate". Aeronautical Quarterly (dalam bahasa Inggris). 11 (3): 201–232. doi:10.1017/S0001925900001797. ISSN 0001-9259. 
  19. ^ Foster, Mark; Steinmeyer, John (2011-06-14). "Results from the NASA Heavy Lift Launch System Study". AIAA SPACE 2011 Conference & Exposition. Reston, Virigina: American Institute of Aeronautics and Astronautics. doi:10.2514/6.2011-7281. 
  20. ^ Modi, Trisha; Maniam, Ganesh; Bluhm, Peyton; Payton, Walker; Lampe, Richard (2021). "Mastoiditis Caused by Streptococcus intermedius". Consultant. doi:10.25270/con.2021.06.00003. ISSN 0010-7069. 
Diperoleh dari "https://wiki-indonesia.club/w/index.php?title=Pengaruh_Coandă&oldid=21556858"