科恩达效应

3年前浏览4906

用勺背靠近从水龙头自由下落的水流，水会沿勺背流动，这就是一种科恩达效应。

导读：科恩达效应（Coandǎ effect）指的是流体总是倾向于沿着壁面流动的一种现象。当壁面弯曲时，流体就会偏离原来的运动方向，那么是什么力使流体拐弯的呢？

一、水流的科恩达效应

一般演示科恩达效应时都喜欢使用水流，原因有两个，一个是水流看得见，另一个是水流的科恩达效应比气流明显得多。

实际上这里是有骗人的成份的，因为处于空气中的水流和气流的科恩达效应虽然现象类似，但原理却是完全不同的。空气中的水流偏向固体壁面的原因是水与固体之间有吸附力，并且水流表面有张力，这两者的共同作用，把水“拉向”壁面，可以理解为水流是被是被固体吸过去的。

我们知道水的表面张力是很强的，所以水的科恩达效应非常明显，比如，倒葡萄酒时，如果速度不够快，酒就会沿瓶壁流下，这时水会转过180°，简直是蔑视重力。

把前面的勺子换成圆柱形水杯，可以看到水会沿着杯壁转过很大的角度，甚至会往上流一段，之后才会下落。

这种由吸附力和表面张力产生的科恩达效应不是我们讨论的重点，我们下面将重点讨论同一种流体内部存在的科恩达效应，可以是气体，也可以是液体，但不存在自由表面，也就是没有表面张力的情况。

二、气流的科恩达效应

气流一样存在科恩达效应，但和空气中的水流不同的是，气体之间不存在拉力，而只存在压力。所以，气体中是没有“吸过去”的说法的，感觉上的“吸过去”，其实都是被压过去的，利用的是大气压强。

但是壁面却仍然可以把气体“吸”过去，从而产生科恩达效应。显然，是因为壁面附近产生了低压，气流是被外侧的大气压过去的。

可以用向心力来解释壁面附近的气体压强低的现象。当气体沿弯曲的壁面流动时，气流是做曲线运动，这需要一个向心力。因为气体没有吸力，这个向心力只能由气体内部的压力来提供。远离壁面那一侧的气流承受的是大气压强，所以靠近壁面这一侧的压强就应该比大气压强低才能形成向心力。

解释完了吗？解释完了。

不过......等等，低压产生了流线弯曲，那低压又是怎么产生的呢？这就需要考虑射流从直到弯的过程是怎么发生的了。也就是说，壁面是怎么把射流“掰弯的”。

三、科恩达效应的解释

气流中的科恩达效应是气体的粘性产生的。射流的侧面和空气之间有摩擦，这种摩擦就是气体的粘性产生的。射流会不断地把四周原本的静止空气带走，使环境的气压下降。不过，这个压降非常非常地小，小到什么程度呢？速度为30m/s的空气射流只会使附近的环境压强降低约0.5Pa。这点压降按理来说不足以把气流“吸向”壁面，产生明显的科恩达效应。但是，一旦有壁面存在的时候，这个负压是会成倍增加的。

当射流的一侧有壁面时，受壁面的阻隔，射流带走部分空气后，原来的地方得不到足够的空气补充，当地的压强就会降低，气流则由于两侧的压力不均衡而被压向壁面。或者说，被射流带走的空气更多地靠射流自身来补充了。

当壁面向外弯曲时，假设一开始气流是水平的，那么气流和壁面之间会暂时存在一个不流动的“死水区”。流动的空气不断地带走死水区的空气，射流则逐步向壁面靠拢，最后射流两侧的压差产生的向心力正好符合射流转弯程度时，流动就达到平衡，射流就沿着弯曲的壁面流动了。

五、科恩达效应的重要性

科恩达效应（有的地方翻译成康达效应）是机翼产生升力的关键。因为机翼的升力主要是靠上表面把空气“吸”向下方而产生的。

亨利·科恩达（Henri Coandǎ）是罗马尼亚发明家和空气动力学家，他最早对科恩达效应进行了利用。飞机的发明是众多人前赴后继的结果，不能归属与任何一个人，实践者的最高荣誉给了莱特兄弟，理论的先驱可能应该给予科恩达。

科恩达还是喷气式飞机的先驱，据称科恩达在1910年成功地试飞了一架被称为Coandă-1910的飞机。

这架飞机并不是带喷气式发动机的喷气飞机，只是没有螺旋桨，在机头处装有一个喷气的粗管子。喷气的来源是一台离心式风机，通过外壳把气流导向后方来获得推力。下面是科恩达申请的一项美国专利中的附图，感兴趣的可以研究一下空气的流路。

六、过分解读

利用科恩达效应可以增加飞行器的升力，但这些增加升力的方法中也掺杂了一些伪科学。比如下图就是一种号称能增加升力的科恩达飞行器，本来螺旋桨就可以让它悬停，现在，在螺旋桨下方加了壳体，号称是利用科恩达效应带动更多的空气向下来增加升力。其实这是得不偿失的，因为总的来说壳体起到的是阻碍气流的作用，只会减小升力。