Fast jeder hat den Coandă Effekt schon einmal erlebt – das ist, wenn ein Flüssigkeitsstrahl einer gekrümmten Oberfläche folgt. Eine einfache Art, sich den Effekt vorzustellen, ist es, den Rücken eines Löffels, der senkrecht nach unten zeigt, unter einen Wasserstrahl zu halten, der aus einem Wasserhahn fließt.
“Mit dem Sammelbegriff Coandă-Effekt werden verschiedene ursächlich nicht zusammenhängende Phänomene bezeichnet, die eine Tendenz eines Gasstrahls oder einer Flüssigkeitsströmung nahelegen, an einer konvexen Oberfläche „entlangzulaufen“, anstatt sich abzulösen und sich in der ursprünglichen Fließrichtung weiterzubewegen.”, so auf Wikipedia zu lesen.
Was die meisten Menschen nicht wissen, ist, dass Lord Rayleigh vor mehr als hundert Jahren theoretisch bewiesen hat, dass der Strahl zentrifugal instabil sein kann. Vereinfacht ausgedrückt bedeutet dies, dass Minitornados mit ihren Trichtern, die in die Strahlrichtung zeigen, in die Strahlen eingebettet sein können. In den 1980er Jahren wurden die kritischen Bedingungen für ihre Existenz theoretisch bestimmt, aber sie blieben schwer fassbar und konnten experimentell noch nicht beobachtet werden. Bis heute.
Dies alles änderte sich, als der Technion-Doktorand Lew Dunaewitsch begann, das Problem mit Professor David Greenblatt von der Fakultät für Maschinenbau zu untersuchen. Indem sie einen zweidimensionalen Strahlstrom über einen Kreiszylinder trieben, konnten sie zum ersten Mal diese stationären Tornados sichtbar machen.
In ihrem Beitrag in der Fachzer Zeitschrift Physics of Fluids ermittelten Dunaevich und Greenblatt experimentell die kritischen Bedingungen für die Existenz der Tornados, was bemerkenswert gut mit der Theorie übereinstimmte. Sie zeigten auch, wie die Tornados ihre Form verlieren und wellig werden, bevor sie sich in inkohärente Turbulenzen auflösen. Die Bildung der Tornados und ihr nachfolgender Zusammenbruch hat einen dramatischen nichtlinearen Effekt auf die Stelle, an der sich der Strahl schließlich von der Oberfläche löst.
Greenblatt war erstaunt darüber, dass diese Instabilität noch nie zuvor in Coandă Strömungen zu sehen war und vermutete, dass sie im Blutfluss und in medizinischen Geräten wie Beatmungsgeräten weit verbreitet sein könnte. “Der Coandă Effekt wurde lange Zeit als Grund für die ungleiche Beatmung der Lunge bei intubierten Patienten vermutet, und mit der Prävalenz von COVID-19 kann die Entdeckung dieser Instabilität eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung effektiverer Beatmungsgeräte spielen”.
Greenblatt sieht auch ein großes Potenzial für das Design von mikrofluidischen Mischern, Mikrodrohnen und elektronischen Kühlsystemen. Mit Hilfe einer kürzlich gesicherten Finanzierung durch die Israel Science Foundation finden Dunaevich und Prof. Greenblatt derzeit Wege, die Tornados künstlich zu manipulieren, um den Coandă Effekt zu kontrollieren und für das Design von medizinischen Geräten und für industrielle Anwendungen zu nutzen.
Quelle/Sender: Technion