Кármанівська Вихрова Вулиця: Потік Нестабільність та Чисельник Струюха

Рейнольдфові режими та народження розриву потоку

Чисельний потік (Re = UD/ν) визначає структуру заднього потоку за циліндром діаметром D у потоці швидкості U. При Re ≈ 5 задній потік стабільний і симетричний; між Re ≈ 5 та 47 — два стабільні рециркуляційні воронки знаходяться позаду циліндра. При Re ≈ 47 симетричний задній потік зазнає надкритичного буйка Хоффера — складна власна пара перетинає вісь, і народжується періодичне чергування відшарування воріт: Керманівська воронкова вулиця. При Re ≈ 190 та вище задній потік розвиває поздовжнє 3D-структуру, а при Re ~ 10³–10⁵ межі шару стає турбулентною.

Номер Строуґаля та частота відпалу

Неваріативний частотний відпал – це номер Строуґаля St = f·D/U. Для циліндрів із закритою обробкою в ламінарному режимі відпалу, Вільямсон та Браун (1998) наводять наступну емпіричну відповідність; потік затихає біля St ≈ 0,2 протягом турбулентного режиму, відносно нечутливий до числа Реньольда.

St = 0,2663 − 1,019/√Re (47 Дві протилежні полярності віртуальних центрів відпадуть на кожний цикл, один з кожного боку. фон Карман (1911) показав, що співвідношення між бічним та поздовжнім розташуванням віртуальних центрів має дорівнювати h/a ≈ 0,2806 для того, щоб подвійний ряд цих віртуальних центрів залишався стабільним; будь-яке інше співвідношення швидко порушує цей малюнок.

St = 0.2663 − 1.019/√Re        (47 < Re < 200)
Re = 100 → St ≈ 0.167   Re = 200 → St ≈ 0.185
h/a = (1/π)·arcsinh(1) ≈ 0.2806   ← von Kármán stability ratio

Виткіжна вібрація та замикання

Відшарування виробляє коливне підйомну силу з частотою f_s і слабкий руйнівний хід у 2f_s (C_D ≈ 1.35, C_L амплітуда ≈ 0.33 при Re = 100). Якщо циліндр еластично закріплений, відшарування частоти може "замикатись" у природній частоті структури f_n за зменшених швидкостях U_r = U/(f_n·D) ≈ 4–8, що призводить до коливань амплітуди 1-2 діаметрів — значно більше, ніж ≈0.01D, яке спостерігається поза замиканням. Сучасні мости використовують аеродинамічно відшліфовані перерізи коробки-стовпа з числам Strohula, обраними для уникнення резонансу на основі очікуваних вітрових швидкостей; такий самий фізичний принцип використовується конструктивно в пьезоелектричних енергетичних збирачах потоку та навіть у рибному русі, де лосось "перевертається" по Кármанській вулиці, відшаровуваній перешкодою попереду нього.

Часті запитання

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте the simulation і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.