卡门涡街的原理及其应用
在卡门涡街中,当某个物体(如圆柱体或球体)受到流体的冲击时,流体会分离成两股,并在物体的两侧形成旋涡。
一、原理:
1、流体分离:当流体流经一个物体时,流体受到物体表面的作用力,会发生分离现象。在卡门涡街中,流体在物体的前后表面分别分离成两股。
2、旋涡形成:分离出的两股流体会在物体的两侧形成旋涡。这些旋涡是由于流体的动量和能量重新分布所引起的。在物体的上方,流体受到压力较低的影响,速度增加,形成顺时针旋涡。在物体的下方,流体受到压力较高的影响,速度减小,形成逆时针旋涡。
3、脱落与相互作用:随着时间的推移,旋涡会向下游方向脱落,并与后续的流体相互作用。这个过程会周期性地重复,形成一系列的旋涡结构。
4、气流受扰动:在卡门涡街中,脱落的旋涡会扰动后续的流体。这些扰动会对气流产生影响,包括增加湍流程度、改变压力分布等。
5、动能损失与阻力减小:由于卡门涡街中旋涡的形成和脱落,流体的动能会有一定程度的损失。这使得通过物体的流体阻力减小,从而降低了阻力。
二、应用:
1、流体力学研究:卡门涡街是流体力学研究中非常重要的现象之一。它可以帮助科学家们更好地理解流体运动和流体力学问题,例如涡流形成、湍流现象等。
2、强制对流:利用卡门涡街可以产生强制对流现象,这可以被用于空气加热和冷却系统中。例如,在一些列管式换热器中,通过控制流量和流速,可以产生卡门涡街来增强热量传递效率。
3、减阻:在流体中运动的物体受到阻力的影响,卡门涡街可以降低物体的阻力。例如,使圆柱体在水中运动时,卡门涡街可以减少圆柱体的阻力,从而减少能源消耗。