國慶假期小知識:旗幟為何會迎風飄揚

國慶節要來辣,假期快樂!

你看那滿街飄揚的國旗,有沒有想過,旗幟為啥會擺動?

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直覺告訴我們,均勻的空氣流過對稱的物體,似乎不應產生非對稱的擺動啊!

1911年,有人產生過相同的疑問。

著名物理學家普朗特,交給博士生卡爾·希門茲一個任務:建造一個水道,以觀察水穩定流過圓柱時的流動分離。

任務很簡單。但希門茲吃驚的是,水道中的流動很難穩定,振蕩十分劇烈。

他將這一情況報告給普朗特,導師告訴他:“很明顯,你的圓柱不夠圓。”

然而,即使對圓柱進行了非常仔細的打磨,流動仍然振蕩。

接著,普朗特又告訴希門茲可能因為槽道不對稱。但無論如何調整,震蕩都未改善。

這時,普通人和天才的區別就出現了。你可能還在嘀咕物理學不存在了,但普朗特的助教馮·卡門卻意識到:也許震蕩并非偶然,而是由內在原因決定的。

經過嚴謹的計算推導,馮·卡門發表了論文:《關于運動物體在流體中所受阻力的機理》。

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論文證明,流體流過圓柱等物體后,會在其后方產生兩排旋渦串,并且兩排旋渦還是交錯排列,而非對稱。

這篇論文成為馮·卡門的成名作,奠定了他在流體力學領域的地位。

因為兩排交錯排列的漩渦像街道兩旁的路燈,所以人們將這個現象稱為“卡門渦街”。

你可能不認識馮·卡門,但他有一位學生你肯定認識:錢學森。

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如今,卡門渦街已成為流體力學的象征,無論是數米的飛機機翼

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還是數千米的大橋

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甚至大洋中的島嶼

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都有卡門渦街的身影。

此現象也能通過天洑智能熱流體仿真軟件AICFD模擬:

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空中那迎風飄揚的旗幟,用卡門渦街解釋:空氣流過旗桿及旗幟前緣,在后面產生交錯排列的脫落渦,柔軟的紅旗在這些渦中翩翩起舞。

卡門渦街可能有害,它會產生振動,蓋大樓建大橋修煙囪都要考慮這些振動,防止發生共振。

它也可能有用,你可利用這個振動做一個渦街流量計。通過檢測振動頻率,反推得到流動速度。

假期小知識傳達完畢,祝大家國慶節玩得開心!

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