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wx_fmt=gif" width="461" style="cursor: nesw-resize;"></p><p class="ql-align-center">圖1.卡門渦街動畫</p><p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;下面我們使用Fluent模擬卡門渦街現(xiàn)象。</p><p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;1.

</p><p>本案例展示了一圓柱繞流形成的卡門渦街流與一懸臂梁形成耦合振動的過程，模擬結(jié)果如圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202212/cc024e6ec4474e71a9b752e7393daddd.gif" alt="Untitled1.gif"></p><p>感興趣的朋友，可以下載模型源文件，歡迎交流</p><p><

至于為什么沒有打開湍流模型，實(shí)際上卡門渦街的形成同雷諾數(shù)Re有關(guān)，當(dāng)Re為50～300時(shí)，從物體上脫落的渦旋是有周期性規(guī)律的；當(dāng)Re＞300時(shí)渦旋開始出現(xiàn)隨機(jī)性脫落；隨著Re的繼續(xù)增大，渦旋脫落的隨機(jī)性也增大，最后形成了湍流。

圖1 圓柱障礙物的卡門渦街模擬圖實(shí)際上，如圖2所示流體在繞過不同形狀障礙物時(shí)的表現(xiàn)不完全一樣，簡單用圓柱形狀對障礙物進(jìn)行簡化是不準(zhǔn)確的。因此，卡門渦街的工程分析需考慮研究對象真實(shí)的幾何形狀，獲得的模擬結(jié)果結(jié)合風(fēng)洞試驗(yàn)可為工程實(shí)踐中橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供有效的指導(dǎo)。圖2 流體繞過不同障礙物的卡門渦街模擬圖 2.

在鈍體兩側(cè)形成的交替渦流的重復(fù)模式稱為卡門渦街，渦流脫落效應(yīng)稱為馮卡門效應(yīng)。 渦街流量計(jì)設(shè)計(jì) 渦街流量計(jì)的主要部件是： 虛張聲勢 鈍體是垂直于管道軸線放置的非流線型物體。管道通常由不銹鋼制成。通過管道，流體圍繞阻流體流動。如前所述，渦流的頻率與介質(zhì)的速度成正比。該渦流脫落頻率用于確定體積質(zhì)量流量。

此現(xiàn)象也能通過天洑智能熱流體仿真軟件AICFD模擬： 空中那迎風(fēng)飄揚(yáng)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(chǎn)生交錯(cuò)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(chǎn)生振動，蓋大樓建大橋修煙囪都要考慮這些振動，防止發(fā)生共振。 它也可能有用，你可利用這個(gè)振動做一個(gè)渦街流量計(jì)。通過檢測振動頻率，反推得到流動速度。

如水流過橋墩，風(fēng)吹過高塔、煙囪、電線等，都會形成卡門渦街。因?yàn)?em>渦街是由卡門提出的，所以又叫卡門渦街。中國力學(xué)標(biāo)桿性人物錢學(xué)森、郭永懷和錢偉長都在卡門實(shí)驗(yàn)室工作過。 如果渦街的交替脫落頻率與物體的聲學(xué)駐波頻率相重合，還會出現(xiàn)共振。

最終，從效率和導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、葉片、尾水管等水輪機(jī)關(guān)鍵部件等CFD計(jì)算結(jié)果來看，效率符合水輪機(jī)外特性曲線，在小開度下易脫流并產(chǎn)生卡門渦街。

最終，從效率和導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、葉片、尾水管等水輪機(jī)關(guān)鍵部件等CFD計(jì)算結(jié)果來看，效率符合水輪機(jī)外特性曲線，在小開度下易脫流并產(chǎn)生卡門渦街。

卡門渦街是流體力學(xué)中重要的現(xiàn)象，在自然界中常可遇到，在一定條件下的定常流體繞過某些物體時(shí)，物體兩側(cè)會周期性地脫落出旋轉(zhuǎn)方向相反、排列規(guī)則的雙列線渦，經(jīng)過非線性作用后，形成卡門渦街。如水流過橋墩，風(fēng)吹過高塔、煙囪、電線等都會形成卡門渦街。常用的CFD軟件中都會用卡門渦街作為基準(zhǔn)測試建立標(biāo)準(zhǔn)算例。

第二種，渦街式流量計(jì)，基于流體力學(xué)上最經(jīng)典的現(xiàn)象，卡門渦街。當(dāng)流體流過一個(gè)物體時(shí)，物體兩側(cè)會周期性地出現(xiàn)并脫落旋轉(zhuǎn)方向相反、排列規(guī)則的旋渦。旋渦會產(chǎn)生振動，且脫落頻率和流體的速度直接相關(guān)。那么此時(shí)只需要在物體下游放一個(gè)振動傳感器，來檢測旋渦頻率，就能反推得到流體的速度。渦街流量計(jì)沒有運(yùn)動部件，也很耐用。

</p><p>本案例建立了一叉型懸臂梁結(jié)構(gòu)模型，并基于COMSOL軟件的流-固耦合方法模擬了叉型懸臂梁渦街振動過程，模擬結(jié)果如圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202302/4ba065906b50463db1641ac8652bb607.gif" alt="Untitled.gif"></p><p class="ql-align-center

測量原理 渦街流量計(jì)利用卡門渦街原理，在流體中安放旋渦發(fā)生體，流體在旋渦發(fā)生體下游兩側(cè)交替地分離釋放出兩列有規(guī)律的交錯(cuò)排列的旋渦，在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)，該旋渦的頻率與旋渦發(fā)生體的幾何尺寸

t=t0+0.21s 圖5 不同時(shí)刻喇叭口進(jìn)口氣流矢量分布 對P4和P5兩點(diǎn)即壓力脈動最為劇烈的喇叭口進(jìn)口區(qū)域的流場流動狀態(tài)進(jìn)行分析，圖5是某時(shí)刻t0以及其后0.21s時(shí)間段內(nèi)喇叭口進(jìn)口處的流場分布，從圖中可以看到，P4點(diǎn)位于風(fēng)機(jī)輪轂尾翼后緣處，而氣流從進(jìn)口通過葉輪輪轂的時(shí)候會發(fā)生繞流，在輪轂后緣容易有卡門渦街的出現(xiàn)

圓柱繞流隨著雷諾數(shù)的增加，這種類型的流動會形成卡門渦街，這是一個(gè)沒有溫度變化的 CFD 驗(yàn)證的基準(zhǔn)示例。使用圓柱直徑作為計(jì)算圓柱周圍流動的雷諾數(shù)的特征長度。，材料屬性是恒定的（這對于其他障礙物也是類似的）。當(dāng)雷諾數(shù)處于較大的范圍內(nèi)時(shí)，障礙物后面的流場會形成周期性的漩渦，如下面的例子所示。 時(shí)的靜止速度場。流動是真正的層流并且有固定解。

赫克-卡門模型（H-C model）：該模型考慮了材料在高速沖擊負(fù)荷下的應(yīng)變硬化和失效行為，并能較好地預(yù)測材料的變形和破壞行為。 雙參數(shù)Johnson-Cook模型（JC model）：該模型是一種常用的材料塑性本構(gòu)模型，可以考慮材料在高速沖擊負(fù)荷下的應(yīng)變硬化和失效行為，并能較好地預(yù)測材料的變形和破壞行為。