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卡门涡街(卡门涡街原理动画)

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发布时间：2019-02-08加入收藏来源：互联网点击：

卡门涡街的定义

在特定条件下，为了绕过特定物体而定期流动时，物体的两侧会周期性地朝着旋转方向的相反方向下降，排列成规则的双列涡旋。(大卫亚设，Northern Exposure(美国电视)，成功)一开始，这两行漩涡各自保持着自己的运动前进，互相干涉，相互吸引，干扰越来越大，形成非线性的所谓漩涡。卡门涡是粘性不可压缩流体力学研究的现象。流体围绕大烟囱、高层建筑、电线、油管、换热器等旋转，产生卡门漩涡。

1911年，德国科学家t . von Karmen从空气动力学的角度找到了这种旋涡稳定性的理论依据。对于圆柱体周围，漩涡中每个单个漩涡的频率F与流动速度V成正比，与圆柱体直径D成反比。即f=Sr(v/d)。Sr是斯特劳的水道，主要与雷诺兹数有关。雷诺数为300 ~ 3 10 5时，Sr类似于常数值(0.21)。雷诺数为3 10 5 ~ 3 10 6时，规则漩涡就不再存在了。雷诺数大于3 10 6时，卡门漩涡会自动出现，Sr约为0.27。漩涡发生时，流体对物体产生周期性的交变横向力。如果力的频率接近物体的固有频率，就会引起共振，甚至损害物体。这种涡旋的潜艇潜望镜曾失去观察能力，海峡大桥被毁，锅炉的空气预热器管箱振动破裂。但是，利用卡门漩涡的这种周期性交替变化的性质，可以制作卡门漩涡流量计，测量漩涡的脱落频率，从而确定流体的速度或流动。

20世纪60年代，美国科学家f . h . Halo等人用高速电子计算机成功地对亚音速流动中卡门涡进行了数值模拟。图1示出了数值模拟的卡门漩涡距离的形成过程。

其中A表示两个旋转方向相反的旋涡层的初始状态。b表示这两个涡层各有不稳定的运动。c表示这两个涡层的不稳定运动相互干扰。d表示卡门涡形成。

卡门漩涡距离的形成与雷诺数Re有关。当Re为50 ~ 300时，物体落下的漩涡是周期性规律(图2)。在Re300处，漩涡开始随机下降。随着Re的不断增加，旋涡脱落的随机性也增加了，最终形成了湍流。

卡门在研究了两排直线平行涡旋的稳定性问题后指出：一般来说，这个涡旋是不稳定的，只有在漩涡的空间尺度为h/a=0.281时，小扰动才是稳定的(图3)。这和实测结果很相似。

本文到此结束，希望对大家有所帮助呢。