RU2850579C1

RU2850579C1 - Method for sustainable retention of heavy ball in upward fluid flows (variations) and device for its implementation (variations)

Info

Publication number: RU2850579C1
Application number: RU2024122324A
Authority: RU
Inventors: Евгений Иванович Пальчиков; Андрей Валерьевич Долгих; Вячеслав Павлович Чистяков
Filing date: 2024-08-06
Publication date: 2025-11-12

Abstract

FIELD: hydraulic devices; mechanical devices.

SUBSTANCE: invention relates to hydraulic and simultaneously mechanical devices, in particular to fountains, including decorative and display fountains. A method for stably holding a ball in ascending fluid flows in a gravitational field and a device for implementing the method, where the ball is surrounded by fluid flows symmetrically relative to the vertical axis on all sides from a source representing a fountain, while a heavy ball with a density of more than 50 kg/m³ is held at a great height. A height is considered large if it is 5÷10 times the diameter of the ball, or if it is significantly greater than human height. A ball with a diameter of up to 10 cm is considered small and can be held by a single jet, while a ball with a diameter of 10 cm to 1 metre or more is considered large and is held by a series of thin jets or a hollow jet.

EFFECT: stable suspension of the ball on ascending jets of liquid at a great height (from 10 to 100 cm) above human height (up to 4 m).

8 cl, 12 dwg

Description

Изобретение относится к гидротехническим и одновременно механическим устройствам, в частности к фонтанам, в том числе к декоративным и демонстративным. Восходящими потоками жидкости, в поле тяжести, разными способами, на большой высоте, устойчиво удерживается тяжелый шар, обтекаемый симметрично со всех сторон.The invention relates to hydraulic and mechanical devices, particularly fountains, including decorative and display fountains. Rising streams of liquid, in a gravity field, can be used to stabilize a heavy sphere at a great height, symmetrically streamlined on all sides, using various methods.

Области применения: 1. Технические применения – локализация шара в пространстве, подвешивание, наукоёмкие экспозиции (популяризация науки, демонстрация эффекта Коанда, закона Бернулли); 2. Архитектурные, ландшафтные сооружения, например фонтаны; 3. Климатические сооружения – локальное увлажнение воздуха, как объект (элемент) интерьера.Application areas: 1. Technical applications – localization of the sphere in space, suspension, science-intensive exhibitions (popularization of science, demonstration of the Coanda effect, Bernoulli's law); 2. Architectural, landscape structures, such as fountains; 3. Climate structures – local air humidification, as an interior object (element).

История вопроса. Подвешивание материальных объектов, их удержание и локализация в пространстве, в том числе в поле тяжести, может осуществляться с помощью различных видов воздействия – электрических, магнитных полей, потоков энергии в виде акустических волн, электромагнитных волн, потоков вещества. Или просто с помощью механических твердотельных устройств – например, троса или опоры. В мире существует множество архитектурных объектов, в которых крупные предметы выглядят держащимися без опоры на верху струи воды. Существующие варианты фонтанов с кранами и с другими предметами, якобы держащимися на струе воды на большой высоте, используют для поддержки предмета трубу, замаскированную падающей водой. Таким образом устроен фонтан с парящим на струе краном в Кадисе, Испания, в аквапарке на Тенерифе, на одном из Канарских островов, а также в ряде других мест [1]. Кран прикреплён к вертикальной трубе, скрытой в струе падающей воды. В случае прозрачной трубы её не видно не только в струе, но и через окна в стенке бассейна, куда падает вода – из-за пузырей, окружающих место падения. Их можно отнести к фиктивным прототипам данного изобретения. Тем не менее, они послужили главным отправным пунктом к созданию настоящего изобретения. History of the issue. The suspension, retention, and localization of material objects in space, including in a gravitational field, can be achieved through various means—electrical and magnetic fields, energy flows in the form of acoustic waves, electromagnetic waves, and matter flows. Or simply through the use of mechanical solid-state devices—for example, a cable or support. There are numerous architectural structures around the world in which large objects appear to float freely atop a stream of water. Existing fountains with faucets and other objects supposedly suspended in a stream of water at a great height utilize a pipe, concealed by the falling water, to support the object. This method is used in a fountain with a faucet hovering on the stream in Cadiz, Spain, in a water park in Tenerife, on one of the Canary Islands, and in a number of other locations [1]. The faucet is attached to a vertical pipe hidden in the stream of falling water. In the case of a transparent pipe, it is invisible not only in the stream but also through the windows in the pool wall where the water falls, due to the bubbles surrounding the impact point. These could be considered fictitious prototypes of this invention. Nevertheless, they served as the main starting point for the creation of the present invention.

Второй вид фонтанов с шаром, формально подходящий как аналог заявляемого изобретения, – когда тяжелый каменный шар находится в широкой круглой лунке, в которую снизу подаётся вода. Вода просачивается в виде тонкой плёнки через щель между шаром и краями лунки. Шар действительно формально оказывается подвешенным – но на высоте около миллиметра от краёв лунки. Конструкция напоминает не фонтан, а скорее гидравлический пресс с течью по периметру – в щели между поршнем и цилиндром. Даже при относительно небольшом давлении воды можно приподнять над лункой шар большой массы. При этом шар свободно поворачивается руками [2]. Недостаток такой конструкции – малая высота подвески – шар не висит, а реально лежит в лунке. И струя фонтана реально отсутствует. The second type of ball fountain, formally suitable as an analogue to the claimed invention, uses a heavy stone ball in a wide, circular hole, into which water is supplied from below. Water seeps as a thin film through the gap between the ball and the edge of the hole. The ball is indeed formally suspended, but at a height of about a millimeter from the edge of the hole. The design resembles not a fountain but rather a hydraulic press with a leak around the perimeter—in the gap between the piston and the cylinder. Even with relatively low water pressure, a large ball can be lifted above the hole. The ball can be easily rotated by hand [2]. The disadvantage of this design is the low suspension height—the ball does not hang, but rather lies in the hole. Consequently, the fountain does not actually produce a jet.

Третий вид. К промежуточному виду аналогов можно отнести фонтан «Китовый» в Петергофе версии 2008 года – там полый металлический шар лежал в чашке на конце вертикальной трубы, через которую снизу подавалась вода. В отличие от каменных шаров в лунке, с более лёгким шаром поток воды был достаточным, чтобы почти скрыть расположенную снизу питающую трубу [3].The third type. An intermediate type of analogy is the 2008 version of the "Whale" fountain in Peterhof – there, a hollow metal ball rested in a cup at the end of a vertical pipe through which water was supplied from below. Unlike stone balls in a well, with the lighter ball, the water flow was sufficient to almost conceal the feeder pipe located below [3].

Существует некоторое количество видеороликов в Интернет, в которых показано подвешивание небольших лёгких объектов в виде цилиндра или шара в струе воды, в которых объект лёгкий, как правило, из пенопласта, всегда сбоку от струи и быстро вращается [4]. Явление в видеороликах называют гидродинамической левитацией (Hydrodynamic Levitation). There are a number of videos online showing small, lightweight objects, such as cylinders or spheres, suspended in a stream of water. The object is lightweight, typically made of foam, and is always positioned to the side of the stream, spinning rapidly [4]. The phenomenon seen in the videos is called hydrodynamic levitation.

Подробное описание аналога в виде каменного шара в лунке находится в [5, 6]. В научной статье [5] приводятся подробные расчёты параметров удержания тяжелого шара в лунке. В патенте [6] шар вращается в лунке вокруг вертикальной оси. Сходство аналогов [5, 6] с заявляемым изобретением: 1. Шар обтекается жидкостью симметрично оси. 2. Шар тяжёлый; 3. Шар большой (например, диаметром 1 метр). Различия: 1. Удержание шара давлением воды в лунке, а не струёй воды; реально струи нет. 2. Шар удерживается на очень малой высоте – реально в 100-1000 раз меньшей диаметра шара. Для человека эта дистанция не заметна. В случае нашего устройства и способа – высота удержания шара – 5÷10 диаметров шара, в случае большого шара – выше человеческого роста. Это принципиальная разница.A detailed description of an analogue in the form of a stone ball in a hole can be found in [5, 6]. The scientific article [5] provides detailed calculations of the parameters for holding a heavy ball in a hole. In the patent [6], the ball rotates in the hole around a vertical axis. Similarities between analogues [5, 6] and the claimed invention: 1. The ball is flown around by liquid symmetrically to the axis. 2. The ball is heavy; 3. The ball is large (for example, 1 meter in diameter). Differences: 1. The ball is held by water pressure in the hole, and not by a stream of water; in reality, there is no stream. 2. The ball is held at a very low height - in reality 100-1000 times less than the diameter of the ball. For a person, this distance is imperceptible. In the case of our device and method, the height at which the ball is held is 5-10 diameters of the ball, in the case of a large ball - higher than human height. This is a fundamental difference.

Известны следующие патенты: патент US 4946164 A «Suspended Ball Water Toy» от 07 августа 1990 [7]; US 20090266908 A1 «Water Sprinkler Toy» от 29 октября 2009 г [8]; патент US2020007003 A1 от 5 марта 2020 г. «Hydrodynamic Levitation System and Method of Play Using Same» [9]; US 20210170251 A1 от 10 июня 2021 г «Hydrodynamic or Air Levitation System and Method of Play Using the Same» [10].The following patents are known: US 4946164 A "Suspended Ball Water Toy" dated August 7, 1990 [7]; US 20090266908 A1 "Water Sprinkler Toy" dated October 29, 2009 [8]; US2020007003 A1 dated March 5, 2020 "Hydrodynamic Levitation System and Method of Play Using the Same" [9]; US 20210170251 A1 dated June 10, 2021 "Hydrodynamic or Air Levitation System and Method of Play Using the Same" [10].

В случае US 4946164 A Fig. 1, Fig. 4 [7] малый шар (размером порядка 5-10 см) обтекается со всех сторон, но, судя по рисункам, течение не замыкается ламинарной пеленой без разрывов по всей поверхности шара сверху, а разлетается от экватора шара в стороны, что не способствует демонстрации закона Бернулли – как это заявлено в областях применения изобретения.In the case of US 4946164 A Fig. 1, Fig. 4 [7], a small sphere (about 5-10 cm in size) is flown around from all sides, but, judging by the drawings, the flow is not closed by a laminar sheet without breaks over the entire surface of the sphere from above, but flies apart from the equator of the sphere to the sides, which does not contribute to the demonstration of Bernoulli's law - as stated in the areas of application of the invention.

В случае US 2009266908 A1 Fig. 1-3, 5 [8] шар обтекается турбулентным распыленным потоком (spray) в виде конуса состоящим из брызг, [0014] «cone shaped water spray pattern», выходящим из малого размера щелевой форсунки в отличие от нашего случая, где поток движется из щелевой форсунки компактной (сплошной) пеленой. Это повышает устойчивость и стабильность удержания шара в фонтане (в отличие от игры, где устойчивость не важна и иногда неустойчивость даже приветствуется).In the case of US 2009266908 A1 Figs. 1-3, 5 [8], the ball is surrounded by a turbulent spray in the form of a cone consisting of splashes, [0014] a "cone-shaped water spray pattern," emerging from a small slot nozzle, in contrast to our case, where the flow moves from the slot nozzle in a compact (solid) sheet. This increases the stability and steadiness of the ball's retention in the fountain (unlike in a game, where stability is unimportant and sometimes instability is even welcomed).

Патенты [9] и [10] принадлежат одним и тем же авторам и отличаются друг от друга тем, что в патенте [10] к гидродинамической левитации добавилась воздушная левитация, соответственно, в качестве прототипа принимаем его, как более полный.Patents [9] and [10] belong to the same authors and differ from each other in that in patent [10] air levitation was added to hydrodynamic levitation, accordingly, we accept it as a prototype, as more complete.

Патент US 20210170251 A1 [10] описывает игру, в которой лёгкий шар, удерживаемый за счет эффекта Коанда на некоторой высоте (меньшей роста человека) сбоку от вертикально бьющей струи воды, и быстро вращающийся (Fig. 4b, Fig. 5-8, US 20210170251 A1) [10], используется как мишень для удара битой или водяным пистолетом (основная идея конструкции устройства, пункт 1). Далее в патенте описываются детали соединителей в гидравлической системе и варианты снабжения водой или воздухом всего устройства (пункты 2-8), система регулировки напора для регулировки высоты удержания шара (пункт 9), различные виды бит для удара по шару (пункты 10-11) и далее более мелкие подробности.Patent US 20210170251 A1 [10] describes a game in which a light ball, held by the Coanda effect at a certain height (less than human height) to the side of a vertically spouting water jet and rapidly rotating (Fig. 4b, Fig. 5-8, US 20210170251 A1) [10], is used as a target for hitting with a bat or a water pistol (the main idea of the device design, claim 1). The patent then describes the details of the connectors in the hydraulic system and options for supplying water or air to the entire device (claims 2-8), a pressure regulation system for adjusting the height of the ball's retention (claim 9), various types of bats for hitting the ball (claims 10-11), and further smaller details.

Сходство с прототипом [10] – удержание шара струёй воды на некоторой высоте. Различия. В нашем случае: 1. Шар обтекается ламинарной струёй по всей поверхности, в отличие от Fig. 4a, благодаря чему повышается устойчивость удержания; 2. Шар не сбоку от струи, как на Fig. 4b, Fig. 5-6 (эффект Коанда), а обтекается жидкостью со всех сторон (закон Бернулли совместно с эффектом Коанда); 3. Шар большой (диаметром от 10 см до 1 метра и более); 4. Шар может удерживаться на высоте значительно превышающей рост человека (в игре, в прототипе, шар принципиально подвешивается не выше роста человека); 5. Для удержания большого шара используется полая струя; либо несколько компактных струй; 6. Области применения отличаются, они не связаны с игрой и выбиванием шара из состояния равновесия, шар не является мишенью для удара; 7. Областей применения больше.Similarity with prototype [10] – holding a ball with a water jet at a certain height. Differences. In our case: 1. The ball is flown around by a laminar jet over its entire surface, unlike Fig. 4a, which increases the stability of holding; 2. The ball is not on the side of the jet, as in Fig. 4b, Fig. 5-6 (Coanda effect), but is flown around by liquid from all sides (Bernoulli's law together with the Coanda effect); 3. The ball is large (diameter from 10 cm to 1 meter or more); 4. The ball can be held at a height significantly exceeding a person's height (in the game, in the prototype, the ball is fundamentally suspended no higher than a person's height); 5. To hold a large ball, a hollow jet is used; or several compact jets; 6. The areas of application are different, they are not related to the game and knocking the ball out of equilibrium, the ball is not a target for hitting; 7. There are more areas of application.

Для научной демонстрации – в случае классического эффекта Коанда обтекаемая поверхность должна быть неподвижной, а для случая корректного применения закона Бернулли – в картине течения вокруг шара должны соблюдаться на всем протяжении ламинарные трубки тока жидкости.For a scientific demonstration, in the case of the classical Coanda effect, the flowing surface must be stationary, and for the correct application of Bernoulli's law, the flow pattern around the ball must maintain laminar fluid flow tubes throughout its entire length.

Подробное описание вариантов осуществления. Поперечная устойчивость и продольная устойчивость по отношению к набегающей одиночной струе в наших случаях обеспечивается следующим образом. Шар удерживается по горизонтали по центру струи за счёт эффекта Коанда и перепаду давлений в трубках тока обтекающей жидкости – согласно уравнению Бернулли. По вертикали вес шара компенсируется реактивной силой – согласно потоку импульса набегающих снизу струй – за счёт их торможения. Близкое к ламинарному, компактное обтекание шара желательно для более эффективного действия устройства. Как для условия трубок тока Бернулли, так и для эффекта Коанда.Detailed description of implementation options. Transverse and longitudinal stability against an oncoming single jet are ensured in our cases as follows. The sphere is held horizontally at the center of the jet by the Coanda effect and the pressure difference in the flow tubes of the surrounding fluid, according to the Bernoulli equation. Vertically, the sphere's weight is compensated by the reactive force, corresponding to the momentum of the oncoming jets, due to their deceleration. A near-laminar, compact flow around the sphere is desirable for more efficient operation of the device, both for the Bernoulli flow tubes and the Coanda effect.

В случае малого шара (диаметром 1÷10 см) и его удержания по центру на оси одиночной струи 1 (Фиг. 1 а) необходимо полное обтекание шара без разрывов плёнки воды на поверхности, близкое к ламинарному, то есть течение должно замыкаться ламинарной пеленой без разрывов по всей поверхности шара сверху. Кроме того, в случае малых шаров и одной струи соблюсти устойчивость струи фонтана и ровность обтекания при больших числах Рейнольдса в форсунке затруднительно. Поэтому перед форсункой желательно помещать успокоитель турбулентности 2 (Фиг. 1 а), варианты показаны в [11], с. 53, рис. 32. In the case of a small sphere (1÷10 cm in diameter) and its maintenance at the center of the axis of a single jet 1 (Fig. 1a), a complete flow around the sphere without breaks in the water film on the surface, close to laminar, is required; that is, the flow should be closed by a laminar sheet without breaks over the entire surface of the sphere from above. Furthermore, in the case of small spheres and a single jet, maintaining the stability of the fountain jet and the smoothness of the flow at high Reynolds numbers in the nozzle is difficult. Therefore, it is advisable to place a turbulence damper 2 (Fig. 1a) in front of the nozzle; variants are shown in [11], p. 53, Fig. 32.

Число Рейнольдса зависит от гидравлического диаметра, вязкости жидкости и скорости в потоке как The Reynolds number depends on the hydraulic diameter, viscosity of the fluid and the velocity in the flow as

, ,

Где r – плотность жидкости, v – характерная скорость, D _г – гидравлический диаметр канала форсунки, η – динамическая вязкость. Where r is the density of the liquid, v is the characteristic velocity, D _g is the hydraulic diameter of the nozzle channel, η is the dynamic viscosity.

Легко видеть, что для больших гидродинамических диаметров D _г и больших скоростей v соблюсти ламинарность и компактность струи затруднительно. It is easy to see that for large hydrodynamic diameters D _g and high velocities v, it is difficult to maintain laminarity and compactness of the jet.

В случае большого размера шара с помощью одной струи фонтана соблюсти ламинарный поток или даже сплошной поток при обтекании шара не получается. В пелене воды на поверхности шара появляются разрывы, и шар теряет устойчивость. Как правило, это становится критическим для шаров диаметром более 10 см.If the ball is large, it's impossible to maintain a laminar flow or even a continuous flow around it using a single fountain jet. The sheet of water on the ball's surface becomes discontinuous, causing the ball to lose stability. This typically becomes critical for balls larger than 10 cm in diameter.

Поэтому для тяжелых шаров большого диаметра и удержания их на большой высоте применяется либо полая струя 3 (Фиг. 1 б), либо серия тонких струй 4 (Фиг. 1 в). В случае полой струи 3 в круглой щелевой форсунке 5 в параметр D числа Рейнольдса входит ширина щели. В случае многих тонких струй 4 в параметр D входит малый диаметр отверстия форсунки 6. Таким образом, удаётся осуществить компактные струи, равномерное, симметричное оси обтекание и устойчивое удержание шаров в конструкциях большого масштаба. Therefore, for heavy, large-diameter balls and for maintaining them at high altitudes, either a hollow jet 3 (Fig. 1b) or a series of thin jets 4 (Fig. 1c) is used. In the case of a hollow jet 3 in a circular slot nozzle 5, the Reynolds number parameter D includes the slot width. In the case of multiple thin jets 4, the parameter D includes the small diameter of the nozzle opening 6. This enables the creation of compact jets, uniform, axially symmetrical flow, and stable retention of balls in large-scale structures.

В нашем случае:In our case:

Сплошной считается струя, не ламинарная, с неровными стенками с возможными пузырьками газа в объёме.A solid jet is considered to be non-laminar, with uneven walls and possible gas bubbles in the volume.

Компактной струёй считается струя с возможными разрывами сплошности, но сохраняющая исходное направление движения, близкое к оси, заданное форсункой – согласно ГОСТ 19681-94, пункт 5.2.8: «… без разбрызгивания и бьющих в сторону струй».A compact jet is considered to be a jet with possible discontinuities in continuity, but maintaining the original direction of movement, close to the axis, set by the nozzle - according to GOST 19681-94, paragraph 5.2.8: “... without splashing and jets hitting to the side.”

Большой считается высота, составляющая 5÷10 диаметров шара, либо высота, существенно большая, чем рост человека. До 10 см диаметром шар считается малым. Он может удерживаться на одиночной струе. Большой шар диаметром от 10 см до метра и более удерживается серией тонких струй или полой струёй. A large ball is considered to be 5 to 10 times the ball's diameter, or significantly greater than a person's height. A ball up to 10 cm in diameter is considered small and can be supported by a single stream. A large ball, with a diameter of 10 cm to a meter or more, is supported by a series of thin streams or a hollow stream.

Тяжелым считается шар, плотность которого больше, чем у пенопласта (более 50 кг/м³).A ball is considered heavy if its density is greater than that of foam plastic (more than 50 kg/ ^m3 ).

Сила F, поддерживающая шар набегающими снизу струями – за счёт их торможения, для жидкости с плотностью ρ, площадью сечения струи S и со скоростью V вычисляется по потоку импульса:The force F , supporting the ball by the oncoming jets from below – due to their braking, for a liquid with density ρ , cross-sectional area of the jet S and velocity V is calculated based on the momentum flow:

. .

При этом параметры в виде числа Рейнольдса для свободной струи, покинувшей трубу или форсунку и летящей в воздухе применять не корректно. Для нашего случая необходима вертикальная струя с высокой компактной частью H _к (Фиг. 2). К сожалению, теоретических моделей, описывающих высоту покинувшей трубу или форсунку компактной части струи, в научных монографиях по гидравлике не находится. Поэтому будем пользоваться эмпирическими закономерностями, изложенными в ряде монографий и пожарных правил [11-14].However, it is incorrect to use parameters in the form of the Reynolds number for a free jet leaving a pipe or nozzle and flying through the air. For our case, a vertical jet with a high compact part is required.H _To (Fig. 2). Unfortunately, theoretical models describing the height of the compact part of the jet leaving the pipe or nozzle are not found in scientific monographs on hydraulics. Therefore, we will use empirical patterns set out in a number of monographs and fire regulations [11-14].

Пусть H – идеальная высота струи согласно напору у форсунки H=V ²/2g= H _в+h; где h – потеря высоты струи; H _в – высота вертикальной раздробленной струи; H _к – высота компактной струи (Фиг. 2).Let H be the ideal jet height according to the pressure at the nozzle H = V ² /2g = H _in + h ; where h is the loss of jet height; H _in is the height of the vertical fragmented jet; H _k is the height of the compact jet (Fig. 2).

Снижение высоты относительно идеальной H получаются из формул Люгера, Вайсбаха и Фримана [11-14]. Высоту компактной части H _к определяют как часть H по таблицам и эмпирическим формулам на основании опытных данных [11], с. 59, 60
Рис. 1
.Decreasing altitude relative to idealHare obtained from the formulas of Luger, Weisbach and Freeman [11-14]. The height of the compact partH _To define as partHaccording to tables and empirical formulas based on experimental data [11], pp. 59, 60
Fig. 1
.

Рассмотрим оценку высоты компактной одиночной струи H _К на конкретном примере. Let us consider the estimation of the height of a compact single jet H _K using a specific example.

Напор 20000 Па = 0,02 МПа ≈ 0,2 атм. соответствует H = 2 м напора воды.A pressure of 20,000 Pa = 0.02 MPa ≈ 0.2 atm corresponds to H = 2 m of water pressure.

Для него при диаметре трубы d = 9 мм получаем близкую к стабильной высоту струи почти на всём протяжении: Высота вертикальной раздробленной струи H _в по формуле Люгера (1895 г.): For it, with a pipe diameter of d = 9 mm, we obtain a jet height that is close to stable over almost the entire length: The height of the vertical fragmented jet H _in according to Luger's formula (1895):

, ,

где Where

, ,

d – диаметр форсунки, мм , d – nozzle diameter, mm,

. .

Откуда Where

. .

Высота компактной части струи равна The height of the compact part of the jet is equal to

H _К = f × H _В, где множитель f зависит от диаметра форсунки и берётся из таблицы [11], стр. 60. H _K = f × H _B , where the factor f depends on the nozzle diameter and is taken from the table [11], p. 60.

H _К = f × H _В = 1,9 ґ 0,84 ≈ 1,6 м. H _K = f × H _B = 1.9 ґ 0.84 ≈ 1.6 m.

Малый шар. Малые числа Рейнольдса. В случае малого диаметра струи, малых размеров и малой массы шара (диаметр шара 1-10 см), возможно соблюсти ламинарное течение струи 1 (Фиг. 1) и полное, практически ламинарное обтекание шара со всех сторон. Шар втягивается за счет перепада давлений в трубках тока обтекающей жидкости, согласно уравнению Бернулли и эффекту Коанда, а держится на определенной высоте за счёт реактивного воздействия струи . При увеличении высоты h _ш размещения шарика в струе скорость струи v падает, при уменьшении высоты – растёт, согласно , где H _К – высота компактной струи, h _ш – высота размещения шарика. На какой-то высоте h _ш величина силы сравняется с весом шара и именно на этой высоте произойдёт удержание шара. Далее, основным условием устойчивости удержания будет ламинарное или компактное, без разрывов, обтекание шара струёй. В результате шар устойчиво держится в одинарной струе на высоте много большей диаметра шара. На верхней части шара струи встречаются, сталкиваются, ламинарность нарушается. Это приводит к незначительным горизонтальным колебаниям шара, но не приводит к его выпадению из струи (Фиг. 1 а). Small sphere. Low Reynolds numbers. In the case of a small jet diameter, small dimensions, and low mass of the sphere (sphere diameter 1-10 cm), it is possible to maintain laminar jet flow 1 (Fig. 1) and complete, practically laminar flow around the sphere from all sides. The sphere is drawn in due to the pressure difference in the flow tubes of the flowing fluid, according to the Bernoulli equation and the Coanda effect, and is maintained at a certain height due to the jet's reactive action.. With increasing altitudeh _shplacing the ball in the stream jet speedvfalls, with decreasing height it grows, according to , Where H _TO– height of compact jet,h _sh– the height at which the ball is placed. At some heighth _shThe magnitude of the force will equal the weight of the ball, and it is at this height that the ball will be held. Furthermore, the main condition for stability will be a laminar or compact, unbroken flow of the jet around the ball. As a result, the ball is stably held in a single jet at a height much greater than the ball's diameter. At the top of the ball, the jets meet and collide, disrupting the laminarity. This leads to slight horizontal oscillations of the ball, but does not cause it to fall out of the jet (Fig. 1a).

Большой шар. При увеличении размеров шара удержание в одной струе с большей скоростью и большим диаметром становится невозможным – нарушается ламинарное и компактное обтекание шара одной струёй. Появляются области, не покрытые плёнкой воды, шар теряет горизонтальную устойчивость.Big ball. As the ball's size increases, maintaining a single stream of water at a higher speed and larger diameter becomes impossible—the laminar and compact flow of a single stream around the ball is disrupted. Areas uncovered by a film of water appear, and the ball loses horizontal stability.

Возникают проблемы с симметричным обтеканием – на высоких скоростях шар не обтекается одинаково с боков и не обтекается сверху. Также возникают проблемы с турбулентностью – при больших диаметрах струи число Рейнольдса высоко (более 3000) – струя переходит в турбулентный режим ещё в трубе внутри форсунки. Таким образом, обтекание с понижением давления в линиях тока струи, согласно уравнению Бернулли, как это было в случае с малым шаром, не происходит. В результате шар в одиночной струе большого диаметра с большой высотой подъёма (следовательно, струёй с большой скоростью) не держится устойчиво.Problems with symmetrical flow arise: at high speeds, the ball is not uniformly flowed around the sides and top. Turbulence problems also arise: at large jet diameters, the Reynolds number is high (over 3000), and the jet enters turbulence while still in the nozzle tube. Therefore, flow with decreasing pressure in the jet streamlines, according to Bernoulli's equation, as was the case with the small ball, does not occur. As a result, the ball does not remain stable in a single large-diameter jet with a high lift (and therefore a high-velocity jet).

Решения для большого шара. Одно из решений – полая струя (Фиг. 1 б). В параметр числа Рейнольдса вместо диаметра струи в форсунке 5 входит разность диаметров. В результате струя в виде пелены 3 не распадается на большом расстоянии от форсунки, и шар обтекается не роем капель, а сплошной, или компактной струёй. Диаметр форсунки 5 с полой струёй делается меньшим, чем диаметр поддерживаемого шара, а полая струя делается кверху расходящейся. Углом расхождения и расходом воды регулируется высота подвешивания шара. Шар большой – диаметром до 1 м. Также допускается применять ровную цилиндрическую полую струю. Это несколько усложняет подбор подходящих диаметров шара и отчасти снижает устойчивость шара в струе.Solutions for a large sphere. One solution is a hollow jet (Fig. 1b). The Reynolds number parameter in nozzle 5 includes the difference in diameters instead of the jet diameter. As a result, the sheet-shaped jet 3 does not disintegrate at a large distance from the nozzle, and the sphere is flown around not as a swarm of droplets, but as a solid, or compact, jet. The diameter of nozzle 5 with a hollow jet is made smaller than the diameter of the supported sphere, and the hollow jet is made to diverge upward. The suspension height of the sphere is controlled by the divergence angle and the water flow rate. The sphere is large – up to 1 m in diameter. A smooth, cylindrical hollow jet is also acceptable. This somewhat complicates the selection of suitable sphere diameters and somewhat reduces the sphere's stability in the jet.

Второе решение для большого шара – разбить струю большого диаметра на много струй 4 меньшего диаметра (Фиг. 1 в). В параметр числа Рейнольдса в форсунке 6 в этом случае входит малый диаметр струи. Каждая струя малого диаметра сохраняется компактной и, при необходимости, даже ламинарной на большом расстоянии от форсунки. При обтекании шара по касательной, траектория каждой падающей тонкой струи изменяется за счет эффекта Коанда (Фиг. 3 а). Далее, за счет вязкого трения в слое жидкости, прилегающем к искривлённой стенке (в настилающей струе), с прилипанием и дальнейшим отрывом, струя вверху отклоняется в сторону к центру шара, создавая за счёт изменения горизонтального потока импульса силу F _г, приложенную к шару горизонтально от центра в сторону струи. Вязкое трение жидкости о поверхность шара создаёт также силу F _в, приложенную к шару вертикально вверх (Фиг. 3 а). При продвижении шара в сторону струи, струя набегает на шар под большим углом, отражается от стенки шара наружу, и уже отталкивает шар от себя за счет реактивной силы (Фиг. 3 б). Горизонтальная сила F _г меняет знак. Для каждой из тонких струй противодействия двух перечисленных эффектов (Коанда и реактивной силы, зависящей от угла падения на шар) достаточно, для нахождения положения равновесия по горизонтали. В случае множества струй 4, падающих по периметру шара снизу и слабо расходящихся от вертикальной оси, путем изменения угла раскрытия струй и расхода воды, система легко настраивается для поддержания шара на нужной высоте и для устойчивого возвращения шара в центр при его смещении по горизонтали (Фиг. 1 в, Фиг. 3). Форсунки 6, создающие тонкие струи, располагаются по кругу с диаметром меньшим, чем диаметр шара, и настраиваются со слабым углом раскрытия от вертикали наружу. Таким образом, устойчивость в решениях для большого шара обеспечивают другие эффекты, нежели в случае малого шара.The second solution for a large ball is to break the large-diameter jet into many jets 4 of smaller diameter (Fig. 1 c). In this case, the Reynolds number parameter in nozzle 6 includes the small diameter of the jet. Each small-diameter jet remains compact and, if necessary, even laminar at a large distance from the nozzle. When flowing tangentially around the ball, the trajectory of each incident thin jet changes due to the Coanda effect (Fig. 3 a). Further, due to viscous friction in the liquid layer adjacent to the curved wall (in the overlying jet), with adhesion and subsequent separation, the jet at the top is deflected sideways toward the center of the ball, creating, due to the change in the horizontal flow of momentum, a force F _g , applied to the ball horizontally from the center towards the jet. Viscous friction of the liquid against the surface of the ball also creates a force F _b , applied to the ball vertically upwards (Fig. 3 a). As the ball moves toward the jet, the jet hits the ball at a large angle, reflects outward from the wall of the ball, and pushes the ball away from itself due to the reactive force (Fig. 3b). The horizontal force Fg changes sign. For each of the thin jets _, the counteraction of the two listed effects (Coanda and the reactive force, depending on the angle of incidence on the ball) is sufficient to find the horizontal equilibrium position. In the case of multiple jets 4 falling along the perimeter of the ball from below and diverging slightly from the vertical axis, by changing the angle of the jets and the water flow rate, the system is easily adjusted to maintain the ball at the desired height and to reliably return the ball to the center during its horizontal displacement (Fig. 1c, Fig. 3). Nozzles 6, creating thin jets, are arranged in a circle with a diameter smaller than the diameter of the ball and are adjusted with a weak angle of expansion from the vertical outward. Thus, stability in solutions for a large ball is provided by different effects than in the case of a small ball.

Следует отметить, что в случае больших шаров и крупного масштаба имеет место сильное дробление, распыление потоков жидкости при столкновении с поверхностью шара и при его обтекании. Получающееся облако брызг можно использовать как для целей увлажнения, так и для декоративно-художественных целей (рассеяние света, радуга и т.д.).It should be noted that in the case of large spheres and large scales, strong fragmentation and atomization of liquid streams occurs upon impact with the sphere's surface and as it flows around it. The resulting spray cloud can be used for both humidification and decorative and artistic purposes (light scattering, rainbows, etc.).

Таким образом, сущность заявляемого изобретения можно обобщить следующим образом.Thus, the essence of the claimed invention can be summarized as follows.

Способы устойчивого удержания шара восходящими потоками жидкости в поле тяжести, отличающиеся тем, что шар обтекается потоками жидкости симметрично относительно вертикальной оси со всех сторон из источника, представляющего собой фонтан. При этом тяжелый шар с плотностью более 50 кг/м³ удерживается на большой высоте. Большой считается высота, составляющая 5÷10 диаметров шара, либо высота, существенно большая, чем рост человека. При диаметре до 10 см шар считается малым, при этом шар может удерживаться на одиночной струе, течение распространяется ламинарной пеленой без разрывов по всей поверхности шара и замыкается сверху. При диаметре от 10 см до метра и более шар считается большим и удерживается серией тонких ламинарных (компактных) струй расположенных по кругу или полой ламинарной (компактной) струёй.Methods for the stable retention of a sphere by ascending fluid flows in a gravitational field are characterized by the sphere being surrounded by fluid flows symmetrically about the vertical axis from all sides, originating from a fountain-like source. In this case, a heavy sphere with a density greater than 50 kg/ ^m³ is held at a high altitude. A high altitude is considered high if it is 5 to 10 times the sphere's diameter, or if it is significantly greater than a person's height. A sphere with a diameter of up to 10 cm is considered small; in this case, the sphere can be held by a single stream; the flow spreads as a laminar sheet without interruption across the entire surface of the sphere and closes at the top. A sphere with a diameter from 10 cm to a meter or more is considered large and is held by a series of thin laminar (compact) jets arranged in a circle or by a hollow laminar (compact) jet.

Устройства, применяемые для осуществления способа устойчивого удержания шара восходящими потоками жидкости в поле тяжести, отличающиеся тем, что шар обтекается потоками жидкости из источника симметрично относительно вертикальной оси со всех сторон. Источником жидкости является фонтан с форсунками профилирующими поток жидкости и успокоителями турбулентности. При этом тяжелый шар с плотностью более 50 кг/м³ удерживается на большой высоте. Большой считается высота, составляющая 5÷10 диаметров шара, либо высота, существенно большая, чем рост человека. При диаметре до 10 см шар считается малым, при этом шар может удерживаться на оси ламинарной одиночной струи, создаваемой форсункой с установленным перед ней успокоителем турбулентности. При диаметре от 10 см до метра и более шар считается большим и удерживается по центру на оси симметрии среди серии тонких струй – ламинарных или компактных – создаваемых одиночными форсунками, расположенными по кругу, или полой ламинарной (компактной) струёй создаваемой круглой щелевой форсункой.Devices used to sustain a sphere by ascending fluid flows in a gravity field are characterized by the sphere being surrounded by fluid flows from a source symmetrically relative to a vertical axis on all sides. The source of the fluid is a fountain with nozzles that profile the fluid flow and turbulence dampers. In this case, a heavy sphere with a density greater than 50 kg/ ^m³ is suspended at a high altitude. A high altitude is defined as a height equal to 5 to 10 times the sphere's diameter, or a height significantly greater than a person's height. A diameter of up to 10 cm is considered small, and the sphere can be held on the axis of a laminar single jet created by a nozzle with a turbulence damper installed upstream. With a diameter from 10 cm to a meter or more, the ball is considered large and is held in the center on the axis of symmetry among a series of thin jets - laminar or compact - created by single nozzles arranged in a circle, or a hollow laminar (compact) jet created by a round slot nozzle.

Технический результатTechnical result

В результате изобретения удается устойчиво удерживать на восходящих струях жидкости шар большого размера (от 10 до 100 см) на высоте больше человеческого роста (до 4 м), что ранее никем не демонстрировалось. Также, в случае малого шара удается создать классическую научную экспозицию для демонстрации эффекта Коанда и закона Бернули.The invention makes it possible to sustain a large sphere (10 to 100 cm) on rising liquid jets at a height greater than human height (up to 4 m), a feat never previously demonstrated. Furthermore, with a small sphere, it is possible to create a classic scientific exhibit demonstrating the Coanda effect and Bernoulli's law.

Эксперименты с малым шаром показаны на Фиг. 4. Удержание шаров различного размера и веса на одинарной струе: Струя из шланга от душа, не ламинарная. Пластмассовый полый шарик диаметром 25 мм в струе диаметром 5 мм из шланга для душа обтекаются со всех сторон, и висит устойчиво. Видны пульсации струи и волны на поверхности шара, шар удерживается (Фиг. 4 а). В этой же струе устойчиво удерживается стеклянный шарик диаметром 20 мм.Experiments with a small sphere are shown in Fig. 4. Balls of various sizes and weights are held in a single stream: A non-laminar stream from a shower hose. A 25 mm diameter plastic hollow ball is flown around on all sides by a 5 mm diameter stream from a shower hose and hangs steadily. Pulsations of the stream and waves on the surface of the ball are visible; the ball is held steady (Fig. 4a). A 20 mm diameter glass ball is also held steadily in the same stream.

На Фиг. 4 б используется ламинарная струя 1 после мультитрубочного успокоителя турбулентности 2 диаметром 100 мм и со скоростью течения менее 0,05 м/с внутри 200 трубочек диаметром 5 мм. После успокоителя струя 1 выходит через отверстие с острыми кромками в верхней стенке успокоителя 2. Гладкий пластмассовый шар диаметром 72 мм весом 24 г, в ламинарной струе диаметром 9 мм со скоростью истечения 5 м/с, обтекается ровно пеленой со всех сторон и держится устойчиво на высоте 1,2 м (Фиг. 4 б). На верхней части шара струи пелены встречаются, сталкиваются, ламинарность нарушается. Возникает султан. Это приводит к незначительным горизонтальным колебаниям шара. In Fig. 4b, a laminar jet 1 is used after a multi-tube turbulence damper 2 with a diameter of 100 mm and a flow velocity of less than 0.05 m/s inside 200 tubes with a diameter of 5 mm. After the damper, jet 1 exits through an opening with sharp edges in the upper wall of damper 2. A smooth plastic ball with a diameter of 72 mm and a weight of 24 g, in a laminar jet with a diameter of 9 mm with an outflow velocity of 5 m/s, is smoothly flown around by a sheet from all sides and is held stably at a height of 1.2 m (Fig. 4b). At the top of the ball, the streams of the sheet meet, collide, and laminarity is disrupted. A plume appears. This leads to slight horizontal oscillations of the ball.

На Фиг. 4 в – шар резиновый, диаметром 68 мм весом 50 г, с неровной поверхностью в виде периодических выступов, обтекается со всех сторон и держится устойчиво на высоте 0,35 м. (Фиг. 4 в) Исходная струя 1 ламинарная, диаметром 9 мм.In Fig. 4b, a rubber ball, 68 mm in diameter, weighing 50 g, with an uneven surface in the form of periodic protrusions, is flown around from all sides and is held stably at a height of 0.35 m. (Fig. 4b) The initial jet 1 is laminar, 9 mm in diameter.

В отличие от способа, запатентованного другими авторами ранее (US 2021170251 A1, Fig. 4b, Fig. 5-6, где шар удерживается сбоку от струи только с вращением, причём поверхность шара движется, увлекаемая потоком), в нашем случае шар обтекается потоком жидкости симметрично со всех сторон. Unlike the method patented by other authors earlier (US 2021170251 A1, Fig. 4b, Fig. 5-6, where the ball is held to the side of the stream only with rotation, and the surface of the ball moves, carried away by the flow), in our case the ball is flown around by the liquid stream symmetrically from all sides.

В случае US 2009266908 A1 Fig. 1-3, 5 и US 4946164 A Fig. 1, Fig. 4 малый шар обтекается со всех сторон, но течение не замыкается ламинарной пеленой без разрывов по всей поверхности шара сверху (как в нашем случае малых шаров Фиг. 4 б, Фиг. 4 в), а разлетается от экватора шара в стороны. Это не способствует демонстрации эффекта Коанда и закона Бернулли – как это заявлено в областях применения изобретения. Для наблюдения классического эффекта Коанда обтекаемая поверхность должна быть неподвижной, а для корректного применения закона Бернулли в картине течения должны соблюдаться на всем протяжении ламинарные трубки тока жидкости.In the case of US 2009266908 A1 Figs. 1-3, 5 and US 4946164 A Fig. 1, Fig. 4, a small sphere is flown around on all sides, but the flow is not closed by a laminar sheet without breaks over the entire surface of the sphere from above (as in our case of small spheres Fig. 4 b, Fig. 4 c), but flies away from the equator of the sphere to the sides. This does not facilitate the demonstration of the Coanda effect and Bernoulli's law – as stated in the fields of application of the invention. To observe the classical Coanda effect, the streamlined surface must be stationary, and for the correct application of Bernoulli's law in the flow pattern, laminar fluid flow tubes must be maintained throughout.

Эксперимент с большим шаром. Результаты натурных экспериментов – г. Новосибирск, Академгородок, фонтан торгового центра (Фиг. 5, Фиг. 6).Experiment with a large ball. Results of field experiments – Novosibirsk, Akademgorodok, shopping center fountain (Fig. 5, Fig. 6).

Для центральной трубы фонтана был изготовлен специальный блок из 10 форсунок 6 с внутренним диаметром сопла 9,5 мм расположенных по окружности диаметром 200 мм. Насос, подключенный к трубе, имел максимальную мощность 1,5 кВт с возможностью регулировки потока от 100 до 700 л/мин. Каждая из форсунок 6 может поворачиваться в узле крепления (Фиг. 1 в, Фиг. 5, 6). Таким способом настраивается угол расхождения струй 4 относительно вертикальной оси. A special block of 10 nozzles (6) with an internal nozzle diameter of 9.5 mm was manufactured for the fountain's central pipe. These nozzles were arranged in a 200 mm diameter circle. The pump connected to the pipe had a maximum power of 1.5 kW and could adjust the flow rate from 100 to 700 l/min. Each nozzle (6) could be rotated in its mounting (Fig. 1b, Figs. 5, 6). This allowed the jet divergence angle (4) to be adjusted relative to the vertical axis.

В качестве объекта удержания использован стандартный пластмассовый надувной шар для фитнеса диаметром 40 см. На фотографии Фиг. 5 показано удержание на высоте подъема – 0,6 м (от среза форсунок до центра шара) и процесс регулировки форсунок. Струи воды 4 от форсунок 6 до шара компактные, без разрывов. A standard plastic inflatable fitness ball with a diameter of 40 cm was used as the holding object. Photograph Fig. 5 shows the holding at a lifting height of 0.6 m (from the nozzle edge to the center of the ball) and the nozzle adjustment process. The water jets 4 from nozzles 6 to the ball are compact, without interruptions.

В экспериментах с данным насосом, шаром и набором форсунок 6 были достигнуты высоты устойчивого удержания от 0,5 до 4 м. На фотографии Фиг. 6 шар устойчиво удерживается на высоте 3 м. При большой высоте, на пути от форсунок 6 до шара, струи воды 4 компактные, с видимыми разрывами – тем не менее, шар держится устойчиво.In experiments with this pump, ball, and set of nozzles 6, stable holding heights of 0.5 to 4 m were achieved. In the photograph Fig. 6, the ball is stably held at a height of 3 m. At a greater height, on the path from nozzles 6 to the ball, the water jets 4 are compact, with visible breaks; nevertheless, the ball remains stable.

Видно, что полного обтекания большого шара жидкостью нет. Удержание происходит за счёт эффекта Коанда и реактивной силы. Струи 4 симметричны относительно вертикальной оси, и это стабилизирует шар по горизонтали. Вокруг шара образуется облако брызг, как при малой высоте, так и при большой. С увеличением высоты в облаке становится больше мелких капель. Облако дробленой воды в данном случае может использоваться как климатическое сооружение – для локального увлажнения воздуха. Хотя шар держится стабильно, для архитектурных композиций на случай выпадения шара за счет ветра и внешних воздействий следует добавить сужающуюся книзу решетку, которая возвращала бы шар в струю.It's clear that the large sphere isn't completely surrounded by liquid. It's held in place by the Coanda effect and reactive force. The four jets are symmetrical about the vertical axis, which stabilizes the sphere horizontally. A spray cloud forms around the sphere, both at low and high altitudes. As altitude increases, the cloud becomes more dense with smaller droplets. In this case, the cloud of crushed water can be used as a climate control system, providing localized air humidification. Although the sphere remains stable, for architectural compositions, in case the sphere is released by wind or external factors, a tapering grate should be added to return the sphere to the stream.

ЛитератураLiterature

1. Фонтаны – висящие краны – видеообзор. https://www.youtube.com/watch?v=r1nlS-wX23g1. Fountains – hanging taps – video review. https://www.youtube.com/watch?v=r1nlS-wX23g

2. Плавающий шар в лунке. https://ru.wikipedia.org/wiki/Плавающий_шар_(фонтан)2. A floating ball in a hole. https://ru.wikipedia.org/wiki/Плавающий_шар_(фонтан)

3. Фонтан «Китовый» в Петергофе – металлический шар над центральной струёй в 2008 году. https://ru.wikipedia.org/wiki/Китовый_(фонтан,_Петергоф)3. The Whale Fountain in Peterhof – a metal ball above the central jet in 2008. https://ru.wikipedia.org/wiki/Китовый_(фонтан,_Петергоф)

https://ru.wikipedia.org/wiki/Китовый_(фонтан,_Петергоф)#/media/Файл:Petergof-kitoviy.jpghttps://ru.wikipedia.org/wiki/Китовый_(фонтан,_Петэргоф)#/media/Файл:Petergof-kitoviy.jpg

4. Видео левитации с эффектом Коанда: https://www.youtube.com/watch?v=mNHp8iyyIjo4. Video of levitation with the Coanda effect: https://www.youtube.com/watch?v=mNHp8iyyIjo

https://www.youtube.com/watch?v=mNHp8iyyIjo&ab_channel=Veritasium https://www.youtube.com/watch?v=mNHp8iyyIjo&ab_channel=Veritasium

https://imgur.com/water-physics-hhfdOho https://imgur.com/water-physics-hhfdOho

5. Ahmad W.Y. Elescandarany. Kugel ball nature: hydrodynamics-mathematics-design. Applications in Engineering Science. Volume 9, March 2022, 100078. https://doi.org/10.1016/j.apples.2021.1000785. Ahmad W.Y. Elescandarany. Kugel ball nature: hydrodynamics-mathematics-design. Applications in Engineering Science. Volume 9, March 2022, 100078. https://doi.org/10.1016/j.apples.2021.100078

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666496821000418https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666496821000418

6. Сэйити Хирасава, Хироши Цутия. JPH 06134368 A (MEGUMI SANGYO KK) 17.05.1994. https://patents.google.com/patent/JPH06134368A 6. Seiichi Hirasawa, Hiroshi Tsuchiya. JPH 06134368 A (MEGUMI SANGYO KK) 05/17/1994. https://patents.google.com/patent/JPH06134368A

7. US 4946164 A. Suspended Ball Water Toy, Mark W. Fuller, Studio City; Alan S. Robinson, El Monte; John Werner, Sunland, all of Calif. Опубл. 07 августа 1990.7. US 4946164 A. Suspended Ball Water Toy, Mark W. Fuller, Studio City; Alan S. Robinson, El Monte; John Werner, Sunland, all of Calif. Published August 7, 1990.

8. US 20090266908A1. Water Sprinkler Toy. Jeff A. Michelsen, Glendora, CA (US). Опубл. 29 октября 2009 г. https://patents.google.com/patent/US20090266908A1/en?oq=US+20090266908A1 8. US 20090266908A1. Water Sprinkler Toy. Jeff A. Michelsen, Glendora, CA (US). Published October 29, 2009. https://patents.google.com/patent/US20090266908A1/en?oq=US+20090266908A1

9. US 20200070031 A1. Hydrodynamic Levitation System and Method of Play Using Same. Applicant : Bright Kingdom Development Ltd., Kowloon (HK). Inventor : Harold W. Wells , Huntington , NY (US) (21) Appl . No .: 16 / 448,228 (22) Filed : Jun . 21 , 2019 (43) Pub . Date : Mar. 5 , 2020. https://patents.google.com/patent/US20200070031A1/en?oq=20200070031 9. US 20200070031 A1. Hydrodynamic Levitation System and Method of Play Using Same. Applicant: Bright Kingdom Development Ltd., Kowloon (HK). Inventor: Harold W. Wells, Huntington, NY (US) (21) Appl. No.: 16 / 448,228 (22) Filed: Jun. 21, 2019 (43) Pub. Date: Mar. 5, 2020. https://patents.google.com/patent/US20200070031A1/en?oq=20200070031

10. US 20210170251 A1. Hydrodynamic or Air Levitation System and Method of Play Using the Same. Applicant : Bright Kingdom Development Ltd. , Kowloon (HK). Inventor : Harold W. WELLS , Huntington , NY (US) (21) Appl . No .: 17 / 173,281 (22) Filed : Feb. 11 , 2021 (43) Pub . Date : Jun . 10 , 2021 https://patents.google.com/patent/US20210170251A1/en?oq=2021017025110. US 20210170251 A1. Hydrodynamic or Air Levitation System and Method of Play Using the Same. Applicant: Bright Kingdom Development Ltd. , Kowloon (HK). Inventor: Harold W. WELLS, Huntington, NY (US) (21) Appl. No.: 17 / 173,281 (22) Filed: Feb. 11, 2021 (43) Pub. Date: Jun. 10, 2021 https://patents.google.com/patent/US20210170251A1/en?oq=20210170251

11. Качалов А.А., Кузнецова А.Е., Богданова Н.В. Противопожарное водоснабжение. Учеб. пособие для пожарно-техн. Училищ. М., Стройиздат, 1975. 272 с. с ил. С. 57-60.11. Kachalov A.A., Kuznetsova A.E., Bogdanova N.V. Fire-fighting water supply. Textbook for fire-technical schools. Moscow, Stroyizdat, 1975. 272 p. with ill. Pp. 57-60.

12. Иванов Е.Н. Противопожарное водоснабжение. М.: Стройиздат, 1986. – 316 с., ил. С. 210-223.12. Ivanov E.N. Fire-fighting water supply. Moscow: Stroyizdat, 1986. – 316 p., ill. P. 210-223.

13. Кастальский А.В., Кожинов В.Ф. Водоснабжение и канализация. М.: Гос. Изд. Строительной литературы. 1941. 281.с. С. 200-202.13. Kastal'skiy A.V., Kozhinov V.F. Water supply and sanitation. Moscow: State Publishing House of Construction Literature. 1941. 281 p. P. 200-202.

14. Николаев Г.И., Лубсанов Э.Ю. Противопожарное водоснабжение. Учебно-методическое пособие. Улан-Удэ. Издательство ВСГУТУ. 2012. УДК 614.842.62 (075.8). https://studfile.net/preview/9884613/page:14/ 14. Nikolaev G.I., Lubsanov E.Yu. Fire-fighting water supply. Study guide. Ulan-Ude. VSGUTU Publishing House. 2012. UDC 614.842.62 (075.8). https://studfile.net/preview/9884613/page:14/

Claims

1. A method for the stable holding of a ball by ascending flows of liquid in a gravity field, characterized in that the ball is flown around by flows of liquid symmetrically relative to the vertical axis from all sides from a source that is a fountain, while a heavy ball with a density of more than 50 kg/ ^m3 is held at a high height, whereby a high height is considered to be one that is 5÷10 diameters of the ball, or a height that is significantly greater than the height of a person; with a diameter of up to 10 cm, the ball is considered small, and the ball can be held on a single stream; with a diameter from 10 cm to a meter or more, the ball is considered large and is held by a series of thin streams or a hollow stream.

2. The method according to paragraph 1, characterized in that the small ball is held high in the center on the axis of a single jet, while the jet must be laminar and the flow must be closed by a laminar sheet without breaks over the entire surface of the ball from above.

3. The method according to claim 1, characterized in that a large heavy ball is held high in the center on the axis of the hollow jet, while the jet must be laminar or compact.

4. The method according to claim 1, characterized in that a large heavy ball is held high in the center on the axis of symmetry among a series of thin jets - laminar or compact - located in a circle.

5. A device for implementing a method for stably holding a ball by ascending flows of liquid in a gravity field, characterized in that the ball is flown around by flows of liquid from a source symmetrically relative to the vertical axis on all sides, the source of the liquid is a fountain, while a heavy ball with a density of more than 50 kg/ ^m3 is held at a high height, whereby a high height is considered to be one that is 5÷10 diameters of the ball, or a height that is significantly greater than the height of a person, with a diameter of up to 10 cm the ball is considered small, and the ball can be held on a single stream, with a diameter from 10 cm to a meter or more the ball is considered large and is held by a series of thin streams or a hollow stream, while a nozzle or a nozzle with a turbulence damper is installed on the fountain.

6. The device according to paragraph 5, characterized in that a small heavy ball is held high in the center on the axis of a laminar single jet created by a nozzle with a turbulence damper installed in front of it, while the flow should be closed by a laminar sheet without breaks over the entire surface of the ball from above.

7. The device according to claim 5, characterized in that a large heavy ball is held high in the center, on the axis of a hollow laminar or compact jet created by a round slot nozzle.

8. The device according to claim 5, characterized in that a large heavy ball is held high in the center on the axis of symmetry among a series of thin jets - laminar or compact - created by a series of single nozzles arranged in a circle.