Что происходит перед и за вентилятором?

На YouTube есть видео , которое визуализирует поток воздуха вокруг пропеллера для различных конфигураций. Я сделал скриншот момента, который более-менее показывает, что происходит:

Как вы можете видеть, это происходит на 2:07 в клипе — это случается для конфигурации с двумя роторами (две лопасти, вращающиеся в противоположных направлениях), но принцип тот же.

За ротором (вверху на этом снимке) медленно движется воздух. Воздух на большой площади дрейфует к ротору, где он ускоряется.

Я оставлю другим описание математики, стоящей за этим сжатием, но я подумал, что визуализация потока, по крайней мере, подтвердит ваше наблюдение, что он действительно медленнее позади вентилятора и быстрее перед ним. Другими словами - давит, но не сосет.

Лучшее изображение, показывающее линии потока вокруг гребного винта, приведено в этой статье о механике гребных винтов.

По мере увеличения давления скорость потока увеличивается, и линии потока оказываются ближе друг к другу (из-за сохранения массового расхода). Это придает потоку наблюдаемую вами асимметрию. Но это все же больше интуитивно, чем строго...

AFTERTHOUGHT Hot Licks сделал отличное наблюдение в комментарии, который я хотел бы расширить. Воздух, подаваемый к вентилятору, движется в перепаде давления между атмосферой в состоянии покоя и более низким давлением прямо перед лопастями вентилятора. Градиент давления довольно мал, поэтому воздух не может течь очень быстро, и его необходимо втягивать из широкой области, чтобы обеспечить массовый расход. После удара лопастью (или, по крайней мере, после «взаимодействия» с лопастью) воздух имеет НАМНОГО больший импульс, который направлен вдоль оси вентилятора (с небольшим завихрением...). Этот более высокий импульс придает воздуху после вентилятора его когерентность, как видно на диаграмме.

Вот стандартный вентилятор с некоторыми (трудно увидеть) стрелками, указывающими поток воздуха.

Вентилятор работает, втягивая воздух, а затем заставляя его двигаться быстрее . Воздушный поток за вентилятором является медленным и широким (вы можете видеть стрелки позади вентилятора, идущие сверху и снизу от лопастей вентилятора), тогда как воздушный поток перед вентилятором быстро движущийся и узкий (что следует из сохранения массовый расход .

Подумайте о воздухе вокруг вентилятора в любой момент времени:

Количество воздуха, поступающего в вентилятор, должно равняться количеству воздуха, выходящему из вентилятора.

Количество воздуха, которое проходит через область в заданное время, связано со скоростью воздуха, т.е. чем быстрее движется воздух, тем больше воздуха может пройти через фиксированную область/отверстие/щель.

Лопасти вентилятора прикладывают силу, чтобы увеличить скорость воздуха, чтобы он «дул». Следовательно, поток воздуха через диск, расположенный у лопаток вентилятора, должен быть одинаковым позади и перед вентилятором (условие непрерывности).

Ваше наблюдение состоит в том, что воздух за вентилятором движется медленнее, чем воздух перед вентилятором. Если бы мы ограничивались втягиванием воздуха непосредственно за вентилятором, заключенным в цилиндр с площадью поперечного сечения, равной охвату лопастей вентилятора, то воздух, движущийся за вентилятором, должен был бы двигаться так же быстро, как воздух перед вентилятором, чтобы удовлетворяют нашему условию непрерывности.

Следовательно, вентилятор должен вытягивать воздух из большей области позади вентилятора, чем выходящий воздух. Если мы представим это как объем, это будет своего рода расширяющийся конус, как показано на диаграммах воздушного потока, которые вы видите.