关于卡门涡街介绍

关于卡门涡街介绍

[拼音]：kamen wojie

[外文]：Kármán vortex street

在一定条件下的定常来流绕过某些物体时，物体两侧会周期性地脱落出旋转方向相反、并排列成有规则的双列线涡。开始时，这两列线涡分别保持自身的运动前进，接着它们互相干扰，互相吸引，而且干扰越来越大，形成非线性的所谓涡街。著名的美籍匈牙利力学家T.von卡门曾最先对出现在圆柱绕流尾流区的两组这种规则排列的线涡作了深入分析，后人便把它们称为卡门涡街。(见彩图）

60年代美国科学家F.H.哈洛等人用高速电子计算机对亚声速流动中的卡门涡街成功地进行了数值模拟。图1给出了数值模拟得到的卡门涡街形成过程示意图，其中a表示两个旋转方向相反的涡层的初始状态;b表示这两个涡层各自作不稳定运动;c表示这两个涡层的不稳定运动相互干扰;d表示卡门涡街形成。

卡门涡街的形成同雷诺数Re有关。当Re为50～300时，从物体上脱落的涡旋是有周期性规律的（图2）；当Re＞300时涡旋开始出现随机性脱落；随着Re的继续增大，涡旋脱落的随机性也增大，最后形成了湍流。

卡门在研究了两排直线平行涡丝的稳定性问题后指出，在一般情况下，这种涡街是不稳定的，只有当涡街的空间尺度为＝0.281时，对小扰动才是稳定的(图3)。这和实测结果十分接近。

在自然界中常常可以看到卡门涡街现象。例如水流过桥墩，定常风吹过烟囱、电线等都会形成卡门涡街。由于在物体两侧不断产生新的涡旋，必然耗损流动的机械能，从而使物体遭受阻力。当涡旋脱落频率接近于物体固有频率时，共振响应可能会引起结构物的破环。风吹过电线时发出的嗡鸣声就是由于电线受涡街作用而产生的受迫振动引起的。

对低亚声速圆柱绕流产生的卡门涡街的研究已十分完善，但是对超声速流动产生的卡门涡街的研究只是在80年代以来才取得进展。人们已从实验中拍摄到超声速流动中的卡门涡街以及超声速流动中卡门涡街和激波相互作用的图像（见彩图）。但是，由于卡门涡街和湍流的机制十分复杂，对它的完善解释尚待进一步研究。

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