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康德效應(英語:Coandă effect)即附壁效應[1],又譯康達寬德柯恩達效應,簡言之,是射流附着在凸面上的傾向[2][3]

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旋轉的乒乓球因為康德效應而懸浮在空中:球停留在氣流的下緣,氣壓梯度力與重力相抵銷,而讓球維持平衡高度。

寬德效應詳言之,是當噴流(射流)流經曲面時,流體(水流或氣流)與它流過的物體表面之間有表面摩擦,近物體表面的流體流速會減緩,近面流體離開原本的流動方向,改為隨着凸出的物體表面流動之傾向,並使周圍遠面流體逸入此一噴流中;由於流體流速的減緩和移動方向的改變(流線彎曲)使得噴流外界的壓力(大氣壓力)大於噴流內側和曲面交界處的壓力,因此噴流依附在曲面壁流動。噴流的附壁效應,會使曲面壁上的壓力小於噴流外界的大氣壓力,而產生向曲面壁的吸力,此稱附壁吸力(Coandă force)。

寬德效應是以羅馬尼亞發明家安利·寬德為名。寬德發明的飛機(寬德-1910英語Coandă-1910)曾經因這種效應墜毀,之後他便致力這方面的研究。[4][5]

發現

1800年,湯瑪士·楊格在一場皇家學會的演講中,提出了對康德效應的描述:

使蠟燭火焰往風管的氣流靠攏的側壓,與氣流通過障礙物時產生彎折的壓力,很可能是一樣的原理所造成。如果把一股氣流在水面吹起的漣漪做標記,並且在氣流的側邊放置一個凸面體,可以發現氣流往凸面體的方向彎折了;如果凸面體是可以自由移動的話,還能發現它稍微往氣流移動。

一百年後,亨利·康德在他的寬德-1910英語Coandă-1910型飛機實驗中應用了這個效應。

示範實驗

康德效應可以用小氣流柱和乒乓球來示範。將吸塵器的管口往上傾斜一個角度,使氣流從乒乓球上表面附近通過,當氣流強度適中時,乒乓球的重力和其所受氣壓梯度力將可以平衡、讓球浮在半空中。一個對康德效應常見的誤解是水龍頭的水通過湯匙背面時,湯匙會被拉進水流中的這個現象也屬於康德效應。[6]乒乓球的例子不同之處,在於水流湯匙是在不同的相態中(液態和氣態),逸入水流的空氣其實相當稀少。湯匙之所以會往水流靠攏主要是表面張力的作用。[7]康德效應的例子還有:在一根點燃的蠟燭前放置罐子,對罐子吹氣,氣流可以將罐子後方的蠟燭吹熄。

在空氣動力學中的應用

附壁作用是大部分飛機機翼的主要運作原理。附壁作用的突然消失是飛機失速的主要原因。

部分飛機特別使用引擎吹出的氣流來增加附壁作用,用以提高昇力。美國波音的YC-14 及前蘇聯安-72都是把噴射發動機裝在機翼上方的前面,配合襟翼,吹出的氣流可以提高低速時機翼的升力。波音C-17環球霸王III亦有透過附壁作用增加升力,但所產生的升力較少。

直昇機「無尾旋翼」英語NOTAR(英語:No Tail Rotor)技術,亦是透過吹出空氣在機尾引起附壁作用,造成推力平衡主旋翼產生的反扭矩

參考文獻

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