Почему занавеска в душе хочет к вам прилипнуть
31-летний профессор машиностроения Дэвид Шмидт из Университета Массачусетса в Амхерсте в 2001 году получил Шнобелевскую премию за то, что на софте за 28 000 долларов для моделирования потоков жидкостей просчитал модель, частично объясняющую, почему занавеска хочет прилипнуть к вам в душе. (Публикация в Scientific American)
Дэвид Шмидт исследовал способы точной имитации брызг и распыления (spray). Обычно они использовали эти симуляции распыления, чтобы помочь разработать лучшие дизельные и авиационные двигатели. Однако тот же анализ в равной степени применим и к душевой кабине в ванной. В конце концов, душ — это просто большая струя брызг.
В своей симуляции Дэвид Шмидт учел эффекты дробления капель, модель также учитывала деформацию (distortion) капель, которая существенно влияет на аэродинамическое сопротивление.
Все предыдущие объяснения были теоретические: от эффекта Бернулли (Bernoulli effect) до теории плавучести (buoyancy effect).
Гипотеза эффекта Бернулли
Самым популярным объяснением эффекта занавески для душа является принцип Бернулли. Принцип Бернулли гласит, что увеличение скорости приводит к снижению давления. Эта теория предполагает, что вода, вытекающая из насадки для душа, заставляет воздух, через который движется вода, течь в том же направлении, что и вода. Это движение будет параллельно плоскости занавески для душа. Согласно принципу Бернулли, если воздух движется по внутренней поверхности занавески для душа, давление воздуха там упадет. Это приведет к перепаду давления между внутренним и внешним пространством, что приведет к перемещению занавески внутрь. Эффект будет наиболее сильным, когда зазор между человеком и занавеской будет наименьшим, в результате чего занавеска будет прилипать к человеку.
Но эффект Бернулли основан на соотношении давления и ускорения и не учитывает наличия капель. И, по расчетам лауреата Шнобелевской премии, этот эффект не отвечает за прогиб занавески в душе.
Гипотеза плавучести
Также называемый эффектом дымохода или эффектом стека/тяги, подразумевает, что теплый воздух (из горячего душа) поднимается над занавеской душа, когда более прохладный воздух (около пола) проталкивается под занавеску, заменяя поднимающийся воздух. Если придвинуть занавеску к душе, вихрь (ближнего действия) и эффекты Коанда становятся более значительными. Однако эффект занавески для душа сохраняется при использовании холодной воды, что означает, что это не может быть единственным действующим механизмом.
Теория плавучести предполагает, что горячий душ вызывает повышение температуры воздуха в душе, уменьшая его плотность. В этом случае давление на душевой стороне занавески будет ниже, чем давление снаружи на той же высоте от пола, что приведет к смещению занавески в сторону более низкого давления. Проблема с этим объяснением состоит в том, что занавеска так же будет втягиваться внутрь к холодному душу.
Эффект Коанда
Эффект Коанда, также известный как «прикрепление пограничного слоя», представляет собой тенденцию движущейся жидкости прилипать к соседней стене.
Гипотеза горизонтального вихря
Для расчета Дэвид Шмидт нарисовал модель типичного душа и разделил зону душа на 50 000 крохотных ячеек. Ванна, душ, карниз и комната за пределами душа также были включены. Шмидт запускал программу Fluent в течение двух недель на своем домашнем компьютере по вечерам и по выходным (когда его жена не использовала компьютер). За это время ему удалось смоделировать 30 секунд потока брызг.
Компьютерное моделирование показало, что брызги образуют горизонтальный вихрь. Этот вихрь имеет в центре зону низкого давления, которая всасывает завесу. Эта область низкого давления притягивает занавеску. Вихрь вращается вокруг оси, перпендикулярной занавеске. Это немного похоже на пылевой смерчик, но в отличие от смерча, этот вихрь не гаснет, потому что он постоянно подпитывается потоком капель.
Капли воды в ливне показаны цветом по величине скорости. На занавеске для душа обозначены заполненные контуры давления.
Векторы скорости показывают движение воздуха в душе. Помимо движения, вызванного лобовым сопротивлением, вблизи ливня имеется большая картина рециркуляции над ним.
Показанный здесь прогиб душевой занавески (не в масштабе) был рассчитан с использованием баланса сил.
Тяга достаточно слабая, поэтому если напор воды небольшой, или душ недостаточно распыляет поток на капли, или занавеска тяжелая, то засасывание не заметно.
Профессор Шмидт непреклонен в том, что это исследование было сделано «для развлечения» в свободное время без использования грантов.
P.S.
Мое личное десятилетнее наблюдение за «эффектом душевой занавески» показало, что широкая «лейка» вызывает бомбическую тягу, а от температуры воды тяга не меняется.
