• 卡門渦街

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    卡門渦街

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    流體動力學中,卡門渦街(或 von 卡門渦街)是旋轉渦流的重復模式,由稱為渦流脫落的過程引起,它負責流體圍繞鈍體流動的不穩定分離。

    可以使用不同的技術對 von 卡門渦街進行數學建模,包括但不限于使用 k-epsilon、SST、k-omega 和雷諾應力以及大渦模擬 (LES) 湍流模型求解完整的 Navier-Stokes 方程,通過 數值求解一些動態方程。

    分析

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    渦街將僅在特定的流速范圍內形成,該范圍由雷諾數 (Re) 的范圍指定,通常高于約 90 的 Re 極限值。流動的(全局)雷諾數是比率的量度 圍繞物體或通道的流體流動中的慣性力與粘性力的關系,可以定義為整個流體流動的全局速度的無量綱參數

    U {\displaystyle U} = 自由流速度(即遠離流體邊界的流速 U ∞ {\displaystyle U_{\infty }} 就像身體相對于靜止流體的速度, 或非粘性流速,通過伯努利方程計算),這是原始的全局流動參數,即要無量綱化的目標

    對于普通流動(通常可以認為是不可壓縮或等溫的流動),運動粘度在整個流場上處處均勻且隨時間恒定,因此粘度參數無法選擇,自然成為運動粘度 在所考慮溫度下所考慮的流體。 另一方面,參考長度始終是任意參數,因此在比較不同障礙物周圍或不同形狀通道中的流動時應特別注意:全局雷諾數應參考相同的參考長度。 這實際上是機翼和通道流量數據的最精確來源指定雷諾數參考長度的原因。 參考長度可以根據要進行的分析而變化:對于具有圓形截面的物體,例如圓柱體或球體,通常選擇直徑; 對于機翼、通用非圓形圓柱體或鈍體或旋轉體(如機身或潛艇),通常是剖面弦或剖面厚度,或實際上是穩定設計輸入的一些其他給定寬度; 對于流動通道,通常是流體圍繞其流動的水力直徑

    對于空氣動力學剖面,參考長度取決于分析。 事實上,通常選擇翼型弦作為參考長度,也用于機翼截面和薄型材的空氣動力系數,其中主要目標是最大化升力系數或升力/阻力比(即像通常在薄翼型理論中一樣,一個 將使用弦雷諾作為流速參數來比較不同的剖面)。 另一方面,對于整流罩和支柱,給定的參數通常是要流線型的內部結構的尺寸(為了簡單起見,我們假設它是一個圓形截面的梁),主要目標是最小化阻力系數或阻力 /升力比。

    卡門渦街

    因此,自然成為參考長度的主要設計參數是型材厚度(型材尺寸或垂直于流動方向的面積),而不是型材弦。

    Re 值的范圍隨著渦流脫落的物體的大小和形狀以及流體的運動粘度而變化。 對于圓柱體的尾流,其參考長度通常為圓柱體的直徑 d,該范圍的下限為 Re ≈ 47。渦流從圓邊界的每一側連續脫落,形成渦流行 在它的身后。 這種交替導致一排渦旋的核心與另一排兩個渦旋核心之間的中點相對,從而產生了圖中所示的獨特圖案。

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