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 струе, 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.
Комментарии (28)
MPS78
16.09.2021 16:53Движение воздуха, помогают магнитики, можно из старых жестких дисков, если ванна стальная
TakashiNord
16.09.2021 19:12+1тянет на диплом.
зря мужика так принизили. чем только не займешься в "тюрьме"=доме, только бы кран не чинить :)
нет, на хороший диплом тянет. расчеты, графика.
rafuck
16.09.2021 22:27Ну хорошо, посчитал вихрь в душе на флюенте. А считать уже сто раз посчитанные крыловые профили или дорожки Кармана — чем лучше?
sneg2015
16.09.2021 23:12+3Может кто-то не знает. Направляешь душь на стенку ванны, потом прилепляешь к мокрой стенке занавеску и эффекта из статьи нет.
GospodinKolhoznik
16.09.2021 23:53+1Объяснение почему мокрая стенка нивелирует эффект потянет уже на Филдсовскую премию.
tuxi
17.09.2021 01:38Вот зря пренебрегают разницей температур. У мокрой занавески при испарении с нее воды должна существенно понижаться температура. Да и вода из крана "с холодной водой" очень часто +- соответствует комнатной температуре.
drWhy
17.09.2021 14:29+1«на софте за 28 000 долларов для моделирования потоков жидкостей просчитал модель, частично объясняющую, почему занавеска хочет прилипнуть к вам в душе.
…
Обычно они использовали эти симуляции распыления, чтобы помочь разработать лучшие дизельные и авиационные двигатели.»
Молодец, нормальный инженерный подход. Странно пользоваться баснословно дорогим софтом для моделирования двигателей, пока не объяснено простое обыденное явление.
Эффект Бернулли всё-таки про сплошную среду, да и прогиба занавески он не объясняет.
iLushkersky
17.09.2021 14:41(Публикация в Scientific American )
В общем-то та самая публикация и является практически тем же самым, что Вы и написали. В интернете найти оригинальную статью не могу, не поможете? Ведь, вероятно, оттуда иллюстрации брали. Благодарю!
MagisterLudi Автор
18.09.2021 01:49Все что нашел: web.archive.org/web/20060207093353/http://www.fluent.com/about/news/newsletters/01v10i2/a8.htm
StarTessar
18.09.2021 01:48Суть ясна, но не будет ли этот эффект пропадать, если человек находится в душе, мешая образовываться такому вихрю?
Просто, на всех иллюстрациях в душе никого нет и это вызывает вопросы. Ведь капли будут биться о кожу, распыляться ещё сильнее, уже в случайных направлениях. Да и сам человек не шибко аэродинамичен. Будут образовываться турбулентные потоки.
drWhy
18.09.2021 06:59Дабы не заставлять исследователей мокнуть под душем в ожидании Шнобелевки — не мешает, мне постоянно приходится сталкиваться с эффектом. Нужна занавеска плотнее, но ассортимент широких (более 2м) оставляет желать лучшего.
SandroSmith
18.09.2021 21:04Из личного опыте - однозначно будет мешать. Когда стою непосредственно под лейкой - не сталкиваюсь с эффектом. стоит сделать шаг вперёд за шампунем/нагнуться потереть пятку - занавеска "взлетает".
MagisterLudi Автор
18.09.2021 21:23Еще зависит от того, какое расстояние между человеком и лейкой. Если 20 см есть, то вихри кружатся.
1MK-Ultra
19.09.2021 18:01И кто бы сказал, отчего когда душ висит на стене, прилипает, а когда его держиш в руке, нет. Почему так?
MagisterLudi Автор
19.09.2021 21:15+1Я тоже это замечал.
Мои рассуждения такие.
В руках мы держим лейку всегда нестабильно (машем ей в разные стороны, переминаемся с ноги на ногу) и «колебания» взаимогасятся. Когда лейка намертво прикручена к стене, система «накапливает энергию» и возникает вихрь.1MK-Ultra
20.09.2021 08:54А нет. Я пробовал стоять неподвижно как каменный. Держа душик строго у себя над головой. Клеенка не прилипает. Я думаю тут что то с электризованностью связано. Ведь вода протекая по телу создает слабое электрическое поле. А когда мы держим душ в руке, електроны ни куда не теряются. А когда на стене, тогда теряются.
ne555
По моему мнению, это исследование и результаты полезнее и практичнее, чем нахождение константы Пи-знака после запятой от инженеров Google и учёных.
Иногда Шнобелевская премия похвальнее заявки (вычисление константы Пи) на вкл. в книгу рекордов Гиннесса.
MagisterLudi Автор
От Шнобелевской до Нобелевской пол шага.
ne555
если бы