流体那些事儿之卡门涡街

发布网友发布时间：2024-10-22 22:20

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热心网友时间：2024-10-23 11:46

流体动力学中的奇妙现象——卡门涡街，是由匈牙利裔美国航天工程学家西奥多·冯·卡门在普朗特这位“空气动力学之父”的指导下开创的。他的贡献不仅限于理论，还包括对湍流概念的阐明，而卡门涡街现象更是他研究的焦点。这个自然现象发生在定常流体绕过物体时，会形成旋转方向相反的涡列，如水流过桥墩或风穿过塔、烟囱等，会引发振动声音，如马景涛般的嗡鸣。

卡门涡街的影响力深远，最著名的例子就是塔科马悬索桥事故，那场因风力引起的共振导致大桥垮塌。这场事故揭示了卡门涡街在建筑安全中的重要性，随后的桥梁设计必须经过严格的数学分析和风洞测试以防止类似悲剧重演。涡街现象还可能导致风力发电机和水轮机的问题，但同时，它也被利用在风力发电机和涡街流量计的设计中，实现了高效能的能源捕获和流量测量。

要深入理解卡门涡街，关键在于掌握其主导现象的无量纲准则数，这通常涉及到流速、粘度、物体特征长度和密度等物理量。通过π定理，我们可以计算出斯特劳哈尔数 Sr 和雷诺数 Re，它们揭示了涡脱落频率与流速、物体尺寸和粘性之间的关系。例如，风速和电线直径可以用来计算风吼声的频率，反之亦然。

卡门涡街现象的研究不仅限于理论，其实际应用广泛，是流体力学研究中不可或缺的一部分。对这一现象的深入理解，对于工程设计和安全评估具有重要意义。对于对这个领域感兴趣的人，深入阅读相关文献如王振东的《漫话卡门涡街及其应用》和曹继和的《卡门涡街的成因及涡街流量计的应用前景》将带来更多启示。