Strömungssimulation am Beispiel des Coanda-Effekts


Ein Luftstrahl mit endlichem Querschnitt verhält sich grundlegend anders als ein Strömungsfeld mit unendlichen Abmessungen.

Das ist beispielsweise wichtig für Windkanalversuchen mit Fahrzeugen oder Flugzeugen, da diese sich dort ja im quasi-unendlichen Strömungsfeld bewegen. Es reicht nicht, daß der umströmte Körper in den Querschnitt des Windkanals hineinpaßt, sondern die Strömung muß ein hinreichend großes Freifeld um den Körper herum umfassen, damit die Ergebnisse übertragbar sind.

Wird ein Zylinder von einem unendlich ausgedehnten Strömungsfeld umströmt - wie beispielsweise ein Draht oder ein Kamin vom Wind so lösen sich die Stromfäden kurz hinter dem größten Querschnitt von der Oberfläche ab und hinter dem Zylinder entsteht ein ausgedehntes „Totwassergebiet".

Wird derselbe Zylinder hingegen durch den Luftstrahl aus einer kleinen Düse angeströmt, so folgen die Stromfäden der Körperoberfläche. Sie lösen sich erst ab, kurz vor bevor sie die Rückseite erreicht haben und vereinigen sich dort wieder. Es hat den Anschein, als ob der Strahl den Festkörper durchdringen könnte.

Dieser Effekt wird nach seinem Entdecker, dem rumänischen Luftfahrt-Pionier Henri Marie Coanda als „Coanda-Effekt" bezeichnet.

Coanda entwickelte einen Vorläufer des Strahlflugzeuges, nämlich den Antrieb durch einen „Thermojet“: Der Thermojet unterschied sich von einem heutigen Strahltriebwerk im wesentlichen dadurch, dass der Verdichter nicht wie heute durch eine Abgasturbine angetrieben wurde, sondern durch einen Kolbenmotor. In die verdichtete Luft wurde in einer Brennkammer Kraftstoff eingespritzt. Durch die Verbrennung expandiert die Luft, der erhöhte Volumenstrom wird in eine erhöhte Auströmgeschwindigkeit und damit erhöhten Schub umgesetzt.

Wie auch beim Strahltriebwerk war der Abgasstrom sehr heiß. Das Triebwerk war wie zu dieser Zeit üblich an der Rumpfspitze angebracht. Damit der Rumpf nicht durch die heißen Abgase beschädigt wird leitete Coanda diese nicht direkt nach hinten, sondern nach beiden Seiten ab.

Der Abgasstrahl strömte aber nicht wie geplant seitlich weg, sondern legte sich an den Rumpf an. Dieser fing Feuer und das Flugzeug brannte aus.

Der Coanda-Effekt ist strömungstechnisch nicht leicht auf den ersten Blick zu begreifen. Er läßt sich vor allem nicht leicht von anderen strömungstechnischen Erscheinungen abgrenzen.


Ausführliche Erläuterungen, näheres zur Entdeckung und ihrer Geschichte siehe hier.

Der Coanda-Effekt kann mit einfachsten Mitteln schon auf dem Schreibtisch leicht experimentell nachvollzogen werden. (siehe Bilder und Modelle)

Die Strömungssimulation zeigt die Details.