漩渦脫落
關注創建者：匿名 創建時間：2021-08-26
漩渦脫落的實例教程
方法五、在原有的避雷針上，設備若干孔洞，通過孔洞的風可以干擾漩渦的形成和打亂漩渦的頻率，從而避免產生渦震現象；
方法六、調整避雷針的外形為波紋形，它的直徑為反復漸變的，這樣的外形，當風吹過進，可避免產生漩渦脫落現象。波紋形的避雷針，制造成本較高。
方法七、采用仿生外形，在原有圓柱形“枝干”基礎上，增加若干枝條，非對稱的錯落有致的枝條，可干擾圓柱形避雷針周邊形成規律的漩渦脫落現象。
方法八、在原有圓柱形避雷針外側增加擾流板，或者使用多棱斷面的柱體，經改造的外形，可避免形成規律的漩渦脫落現象；
之前的討論，在專家們正式出臺結論之前，僅供參考，不作數的。另外，我們一直圍繞避雷針作為主要嫌疑人進行的，那么，除了避雷針以外，圓柱形結構在流體中易產生漩渦脫落現象，主樓自身近似于圓柱的特征，也可能是形成晃動的原因。相應的，為避免主樓產生漩渦脫落現象，方法大概有以下幾種：
第一、主樓體設置鏤空通風孔；在較高樓層，錯亂的選擇幾個樓層，在不同方向上的樓體中間，制造貫通風道，利用穿堂風干擾樓體外側的氣流，從而避免漩渦有規律的變化；此方法要犧牲一些樓內經營面積。
第二、主樓體外側設置導流通道：在較高的樓層，錯亂的選擇幾個樓層，在不同方向上的樓體外側，拆除部分樓層間的結構，形成樓體外側的風道。相當于改變了圓柱形樓體局部的直徑，當風吹過直徑不均勻的樓體，不會形成穩定的渦脫現象。此方法也要犧牲一些樓內經營面積。
第三、主樓體外側設置擾流結構：在高樓層樓體外側錯亂的選擇位置安裝大小不一的擾流板，當風吹過樓側，受到擾流板的干擾，不會形成穩定的渦脫現象。不方法不必占用樓內經營面積，但會改變樓體外觀，擾流板的風噪可能較大。
展開 拉索的風致振動
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渦激共振
在風的作用下，拉索從振動的風中吸收能量，產生一種帶有自激特點的受迫振動，在拉索上表現為因漩渦脫落而引起的渦激共振。
當流體繞過圓柱體后，在尾流中將出現交替脫落的漩渦，且漩渦的頻率，風速，圓柱體的直徑之間存在以下關系：
這就是著名的斯托羅哈數，由Strouhal于1898年提出。
漩渦脫落頻率：
下圖是雷諾數和漩渦脫落的關系：
如果被繞流的拉索是振動體，周期性的渦激力將引起拉索的渦激振動（Vortex-induced Vibration），當漩渦脫落頻率和拉索固有頻率一致時，將發生渦激共振。
由于拉索長度一般在50~400m之間，拉索的基頻在0.25~2Hz之間，隨長度而異。由共振條件：漩渦脫落頻率與拉索頻率一致。可知，能發生渦激共振的臨界風速為：
拉索的外徑約為0.2左右，拉索的一階渦激共振的臨界風速僅有0.25~2m/s如此低的風速所能產生的渦激力將難以提供激起拉索低階大幅度振動的能量，故而，一般而言，拉索的渦激共振一般發生在較高階的振動，對于長拉索高達十幾階的高頻振動。
從上式可以發現，漩渦脫落頻率和風速程線性關系，共振也只在拉索某一階頻率對應的某一個風速才發生。但實際上，當漩渦脫落頻率與某一階頻率接近時，將引起被繞流物體較大的振動，物體和流體之間便開始了劇烈的相互作用，拉索振動體系將對風的漩渦脫落產生反饋作用，使得漩渦脫落頻率在相當長的風速范圍內被拉索固有頻率“俘獲”，一般稱為“鎖定（Lock-on）現象”，這就使得渦激共振的風速范圍擴大。
展開 三角形平面是不錯的選擇
與漩渦脫落有關的橫風向風振
影響橫風向風振的因素
來源：土木吧
引起空腔噪聲的主要機理有兩種：
壓力波反饋機制：空腔開口前緣的湍流邊界層在開口處形成不穩定的剪切層，剪切層隨來流向下游運動并失去穩定，進而產生漩渦，漩渦脫落并繼續向下游運動，當撞擊到空腔后壁面時，漩渦會破碎、耗散，產生一個向空腔開口上游擴散的脈動壓力波（即反饋壓力波），此壓力波傳播到達空腔開口前緣后會誘發新的漩渦脫落，如此循環振蕩形成反饋機制。
空腔噪聲反饋機制示意圖
聲共振：對于深腔而言，噪聲的產生是由于腔口非定常渦脫落誘導的聲共振。
簡單車廂風振噪聲數值模擬
采用CFD對簡單車廂進行模擬研究。
01
建立幾何模型
選擇了3.2m*1.4m*1m的簡易車廂模型進行仿真分析，車窗開口位于車廂正中央，尺寸為0.1m*0.24m*0.015m，監測點位于車廂底部正中央。
02
計算域確定與網格劃分
為了驗證仿真的準確性，將仿真結果和風洞試驗結果進行對比，故計算域尺寸應與風洞試驗測試時的風洞尺度相當。所采用的簡易車廂模型結構非常規則，所以采用六面體網格對其進行網格劃分。附面層第一層的厚度為0.1mm，并以1.2的比例逐層生長。
展開 當流體流經封閉的障礙物管時，在障礙物管和主管道連接處由于慣性、流體內摩擦力、邊界層脫落效應的耦合疊加而產生漩渦脫落，其形成的管內噪聲是管道聲致振動疲勞損傷的重要原因。本技術貼從典型的漩渦脫落管內噪聲為例，介紹管內流動噪聲的計算方法。
本文使用ANSYS Fluent 19.0軟件，對圓柱擾流流動所引起的誘導噪聲進行聲比擬仿真，內容包括網格導入、模型選擇、材料物性、邊界條件、求解參數、后處理的設置。通過聲比擬方法獲得擾流流場和噪聲。
2. 模型仿真描述
本仿真為2D模型，圓柱直徑為1.9cm，來流風速為69.2m/s。基于直徑的雷諾數為90000，流場的計算域上游為5倍的圓柱直徑，下游為20倍圓柱直徑，采用2D LES模型進行模擬。
3. 操作步驟
3.1. 創建工作目錄并啟動Fluent
啟動Fluent 19.0，在Fluent Launcher中，Dimension選擇2D，Display Options中勾選Display Mesh After Reading和Workbench Color Scheme，勾選Double Precision，Processing Options選擇Serial，點擊OK啟動Fluent。
3.2. 導入網格文件
菜單中點擊【File】>【Read】>【Mesh…】，選取網格文件cylinder2d.msh.gz，點擊OK導入網格。此時，圖形界面中可以查看導入的網格。
3.3. General一般設置
在最左側的樹中，鼠標左鍵雙擊【Setup】>【General】，進行網格相關的操作以及選擇求解器。
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漩渦脫落的最新內容
管路流動噪聲信號（有閥門）
Band Filtered Pressure Animation [50,2000Hz]
PIV實驗流場對比（有閥門）
實驗和仿真均顯示在閥門下游存在2個旋轉方向相反的大漩渦，漩渦周期性脫落的頻率約為80Hz。
寬頻噪聲分類：
（1）湍流邊界層及尾流；
（2）漩渦從固體表面脫落；
（3）湍流沖擊固體表面；
（4）空泡噪聲。
以風機噪聲為例，一般情況下，風機在小流量工況下運行時，葉片負荷大，風機內部氣流湍動、二次渦流、邊界層隨機脈動和邊界層分離強度很大，此時紊流噪聲占主導地位；當風機在大流量工況下運行，葉片負荷較小時，旋轉噪聲則對噪聲的貢獻量較為突出。
當流體流經封閉的障礙物管時，在障礙物管和主管道連接處由于慣性、流體內摩擦力、邊界層脫落效應的耦合疊加而產生漩渦脫落，其形成的管內噪聲是管道聲致振動疲勞損傷的重要原因。本技術貼從典型的漩渦脫落管內噪聲為例，介紹管內流動噪聲的計算方法。
漩渦脫落是指漩渦或漩渦在物體的下游交替脫落。渦旋脫落的頻率與液體通過流量計的速度之間存在直接關系，用于體積測量。
接下來，我們將深入了解旋渦脫落過程。
渦流脫落期間會發生什么？
渦流脫落是西奧多·馮·卡門 (Theodor Von Karman) 發現的一種自然現象。當將阻流體或非流線型物體放置在快速流動的流道中時，流體會從物體分離到兩個下游側。
可能的優化方向：調整葉片的曲率，盡量避免流道內有脫落的漩渦撞擊固體表面，并減小葉片的出口厚度，減小尾跡區。
</p><p>渦激振動是由于漩渦的交替脫落，產生脈動載荷，當其與結構固有頻率接近時，會導致結構在外載荷作用下出現共振，即所謂的渦激共振。
根據相關研究的結論，這2 個共振峰可能是由于斜風剪切流在孔口處產生的漩渦脫落與內壓Helmholtz共振導致的。
圖7 孔口周邊外壓系數與內壓系數功率譜對比
圖8 內壓系數導納曲線
為了更直觀地對比內外風壓系數功率譜函數的大小，將內壓系數功率譜與外壓系數功率譜的比值定義為內壓導納，并將0°正風向角和70°斜風向角的開孔模型內壓導納曲線繪于圖8中。
由于風扇的旋轉運動，漩渦結構沿旋轉方向逐漸被拉長，并逐漸發生漩渦產生、漩渦生長、漩渦脫落等一系列過程。圖6 c)對旋轉風扇平面的湍流動能進行分析，發現湍流動能最高的區域位于風扇葉片的前端，也可以稱為上一個葉片的尾部區域。發展過程如下：當風扇的端部漩渦生成后，逐漸向后方的流場區和葉片區發展，由于風扇的高速旋轉，上個葉片生成的漩渦結構被高速破壞并形成更小的結構，引起該區域的能量和動量發生很大的波動。
如此調整，可避免兩條避雷針之間產生共振現象，但是，這種方法不能避免兩條避雷針各自的漩渦脫落現象。
方法二、調整原有兩條等高避雷針的高度，使它們一高一矮，那么它們的固有振動頻率就各不相同了，高的避雷針震動頻率較低，矮的頻率較高。這種方法，也可以避免產生共振現象。該方法與方法一成本相近，另外，都不能避免兩條避雷針各自的漩渦脫落現象。
氣動噪聲----又可分為渦流噪聲和旋轉噪聲，渦流噪聲是由于氣流在風道內流動，當流經葉片等障礙物時，由于氣體粘性力的作用，有一定速度的氣流與障礙物下游的靜止氣流會互相作用產生漩渦，這些漩渦中心的壓強比周圍空氣中的壓強要低，當漩渦脫落時，氣流會出現一次壓強的脈動，這種壓強的跳動會作用與周圍的介質中，進而輻射出噪音。旋轉噪聲主要是由于旋轉的葉片周期性拍打周圍靜止的空氣產生壓力的脈動進而產生噪聲。
