Urmărirea lui Von Kármán

O pistă de vârtej von Kármán este o configurație de trezire caracterizată prin vărsarea alternativă a vârtejurilor care are loc în unele corpuri ghemuit (corpuri cu vărsare marcată a stratului limită).

Traseele cu vortex pot fi observate numai într-un anumit interval de numere Reynolds (Re) . Gama de variabilitate a lui Re este influențată de forma și dimensiunea corpului care cauzează fenomenul, adică vâscozitatea cinematică a fluidului. Fenomenul este numit după dinamica fluidelor și inginerul Theodore von Kármán .

În condiții adecvate pentru numărul Reynolds, se formează două matrice de vortexuri una față de cealaltă. Acesta din urmă aduce centrul vortexului unei matrice pentru a corespunde punctului de mijloc dintre două vortexuri ale matricei opuse.

Generarea vibrațiilor

O pătură de nori întâlnește o insulă: imagine făcută la 15 septembrie 1999 de satelitul Landsat 7 în largul coastei chiliene deasupra insulelor Juan Fernández .

Ca o consecință a formării unui vortex, există o modificare a distribuției presiunii în jurul corpului. În consecință, o formare alternativă de vârtejuri generează forțe variabile periodic și, prin urmare, o vibrație a corpului. Dacă frecvența de formare a vârtejelor este apropiată de frecvența naturală de vibrație a corpului, există fenomenul rezonanței acestuia. Exemple de fenomene de acest tip: vibrația cablurilor telefonice; vibrații mai intense ale antenei radio la viteze date; fluctuația rulourilor (jaluzele venețiene) atunci când vântul trece prin ele; vibrația tiranților podurilor fixate .

La început s-a crezut că vărsarea vârtejelor a provocat prăbușirea podului peste râul Tacoma , în timp ce cauza eșecului a fost un fenomen aeroelastic cunoscut sub numele de flutter .

Acest tip de fenomen trebuie luat în considerare la proiectarea structurilor precum periscopuri pentru submarine sau pentru coșurile industriale. O modalitate de a evita acest lucru este să introduceți tulburări de flux. Dacă aceasta este cilindrică , utilizarea aripioarelor mai lungi decât diametrul permite evitarea formării de trasee de vânt. Deoarece vântul poate avea orice direcție în cazul clădirilor sau antenelor, sunt utilizate elemente cu un profil elicoidal similar cu firele. Acestea sunt montate pe partea superioară a structurilor, generând un flux tridimensional asimetric care reduce formarea alternativă a vortexurilor.

În cazul unui cilindru circular, frecvența formării vortexului este dată de formula empirică:

{fd \over u}=0,\!198\,\left(1-{19,\!7 \over \mathrm {Re} }\right)

{\ displaystyle {fd \ over u} = 0, \! 198 \, \ left (1- {19, \! 7 \ over \ mathrm {Re}} \ right)}

{\ displaystyle {fd \ over u} = 0, \! 198 \, \ left (1- {19, \! 7 \ over \ mathrm {Re}} \ right)}

unde este

f = frecvența de vărsare a vortexului
d = diametrul cilindrului
u = viteza fluxului netulburat (viteza fluidului în câmp departe de cilindru).

Relația descrisă este în general valabilă pentru numerele Reynolds cuprinse între 250 și 200000. Parametrul adimensional:

\mathrm {St} ={fd \over u}

{\ displaystyle \ mathrm {St} = {fd \ over u}}

{\ displaystyle \ mathrm {St} = {fd \ over u}}

este cunoscut sub numele de Strouhal , numit după fizicianul ceh Vincent Strouhal , care a investigat pentru prima dată vibrațiile cablurilor de telefon în 1878 .

Insecte

Studii recente ^{[ neclare ]} au arătat cum insectele, cum ar fi albinele, obțin energie din vârtejuri în timpul zborului. Insectele își rotesc aripile înainte de a începe lovitura de întoarcere. În acest fel, acestea pot fi ridicate de vârtejurile create în timpul cursei exterioare. Frecvența ridicată a bătutului aripilor unei insecte duce la formarea a sute de vârtejuri pe secundă care, spre deosebire de cazul văzut mai sus, duce la un model simetric de vârtejuri care permite mișcarea într-o direcție dată.