Проекты

Исследование пределов реализации течения коанда и образования зоны турбулентности при обтекании цилиндрических тел с помощью объекта science art «незаметная бутылка»

Работа призёра конкурса проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Прикладная физика» среди работ учащихся 10–11 классов

Направление работы: Инженеры
Авторы работы: ГБОУ Гимназия № 1516
Предметы: Физика
Классы: 10 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» 2021 года

Актуальность

Данная работа посвящена исследованию «эффекта Коанда», то есть картины струйного течения на криволинейной поверхности, и турбулентности – одного из самых загадочных явлений природы.

Струя, вытекающая из узкой плоской щели в пространство вблизи криволинейной поверхности, отклоняется от этой поверхности и течет вдоль нее на значительном расстоянии. Это явление называют «эффектом Коанда».

Турбулентность – одно из самых загадочных явлений природы. Актуальность данного исследования заключается в том, что «…современные высотные сооружения весьма чувствительны к ветровым нагрузкам, особенно динамическим, каковым является атмосферная турбулентность».

Цель

Изучить поведение воздушных потоков при обтекании цилиндрических объектов и определить предел реализации течения Коанда, образования зоны турбулентности с помощью объекта Science art «незаметная бутылка».

Задачи

  1. Структурировать и изучить научную литературу по данной тематике.
  2. Зафиксировать наличие зоны пограничного слоя при различных размерах воздушного сопла.
  3. Определить зависимость расстояния до зоны турбулентности от площади поперечного сечения воздушного потока.
  4. Определить зависимость возникновения зоны турбулентности от вида обтекаемого препятствия.
  5. Определить зависимость величины давления воздушного потока от расстояния до источника при его ламинарном течении и переходе в турбулентность.
  6. Определить число Рейнольдса при обтекании цилиндрического объекта воздушным потоком и образования зоны турбулентности.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • самодельный макет для визуализации воздушных потоков
  • круглая и прямоугольная бутылки
  • секундомер
  • фен (мощностью 2000 Вт) с различными соплами
  • электропылесос «Чайка – 3» мощностью 370 Вт
  • датчик давления и самодельный анемометр

Описание

Автор выполнил исследование в течение 2019 – 2020 гг. в три этапа.

I этап:

  • изучение литературных источников, отражающих состояние проблемы;
  • изучение способов визуализации течения воздушных потоков;
  • изучение разнообразных типов высотных конструкций.

II этап:

  • изготовление стенда для визуализации воздушных потоков, анемометра и прибора для определения давления воздушного потока;
  • проведение экспериментов.

III этап:

  • обработка результатов исследований;
  • обобщение и систематизация собранного материала;
  • оформление исследовательского проекта.

Автор использовал следующие методы исследования:

  • теоретический анализ и обобщение;
  • эмпирический;
  • методы математической статистики.

Результаты работы/выводы

1)  была структурирована и изучена научная литература по данной тематике;

2)  было зафиксировано наличие зоны пограничного слоя при различных размерах воздушного сопла;

3)  была определена зависимость расстояния до зоны турбулентности от площади поперечного сечения воздушного потока: чем уже сопло (то есть меньше площадь поперечного сечения сопла), тем меньше время затухания свечи и расстояние до источника воздушного потока;

4)  была определена зависимость возникновения зоны турбулентности от вида обтекаемого препятствия: свеча не потухнет, если на пути воздушного потока находится необтекаемое препятствие;

5)  была определена зависимость величины давления воздушного потока от расстояния до источника при его ламинарном течении и переходе в турбулентность (эксперимент 5);

6)  было определено число Рейнольдса при обтекании цилиндрического объекта воздушным потоком и образования зоны турбулентности (эксперимент 6)

Награды/достижения (в каких конкурсах и с какими результатами выставлялась ранее эта работа)

  1. Призер конкурса НПК «Потенциал – 2021».
  2. Победитель конкурса НПК «Дети – творцы 21 века» 2021.