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<p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;卡門渦街是德國(guó)科學(xué)家馮·卡門從空氣動(dòng)力學(xué)的的觀點(diǎn)于1911年提出的理論：在一定條件下的定常來流繞過某些物體時(shí)，物體兩側(cè)會(huì)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，本質(zhì)上就是邊界層分離。

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。

這種現(xiàn)象稱為卡門渦街流，渦流從物體兩側(cè)交替脫落，其頻率可預(yù)測(cè)。日常生活中我們經(jīng)常會(huì)遇到這種現(xiàn)象，例如電話線上發(fā)出的聲音以及汽車無線電天線在氣流中的振動(dòng)。從工程的角度而言，重要的是預(yù)測(cè)流體在不同流速時(shí)的振動(dòng)頻率，從而避免固體結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)與渦脫落產(chǎn)生共振。

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(shì) 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(dòng)。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。

因?yàn)閮膳沤诲e(cuò)排列的漩渦像街道兩旁的路燈，所以人們將這個(gè)現(xiàn)象稱為“卡門渦街”。你可能不認(rèn)識(shí)馮·卡門，但他有一位學(xué)生你肯定認(rèn)識(shí)：錢學(xué)森。如今，卡門渦街已成為流體力學(xué)的象征，無論是數(shù)米的飛機(jī)機(jī)翼還是數(shù)千米的大橋甚至大洋中的島嶼都有卡門渦街的身影。

簡(jiǎn)單搜索一下"渦激振動(dòng)"、"卡門渦街"和"塔科馬大橋"，就會(huì)發(fā)現(xiàn)"卡門渦旋誘發(fā)了結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，顫振是塔科馬大橋倒塌的原因"這一描述。當(dāng)流體在障礙物周圍流動(dòng)時(shí)，會(huì)發(fā)生周期性的渦脫落，這就產(chǎn)生了所謂的渦街。由于馮·卡門（美國(guó)航天之父，錢學(xué)森的導(dǎo)師）最先研究該現(xiàn)象，故被命名為卡門渦街。卡門渦街在自然界中經(jīng)常出現(xiàn)，經(jīng)典的圓柱障礙物卡門渦街數(shù)值模擬，對(duì)理解卡門渦街對(duì)各種技術(shù)應(yīng)用很有意義。

如水流過橋墩，風(fēng)吹過高塔、煙囪、電線等，都會(huì)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(guó)力學(xué)標(biāo)桿性人物錢學(xué)森、郭永懷和錢偉長(zhǎng)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(huì)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。

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(huì)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(huì)形成卡門渦街。常用的CFD軟件中都會(huì)用卡門渦街作為基準(zhǔn)測(cè)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(huì)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(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，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(dòng)傳感器，來檢測(cè)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(dòng)部件，也很耐用。

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。

測(cè)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(duì)P4和P5兩點(diǎn)即壓力脈動(dòng)最為劇烈的喇叭口進(jìn)口區(qū)域的流場(chǎng)流動(dòng)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(chǎng)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(huì)發(fā)生繞流，在輪轂后緣容易有卡門渦街的出現(xiàn)

左邊的卡門渦街的例子顯示計(jì)算時(shí)間減少了40%，而潰壩的例子顯示計(jì)算時(shí)間減少了60%。 拓?fù)鋬?yōu)化的增強(qiáng) 通過這一改進(jìn)，可以使用新的目標(biāo)函數(shù)，如體積流量、平均表面溫度、速度、溫度或表面溫度的不均勻度。限制體積流量不僅對(duì)流量?jī)?yōu)化有用，而且對(duì)熱優(yōu)化也有用，因?yàn)樗梢愿鶕?jù)各種熱源的布局實(shí)現(xiàn)多個(gè)出口之間的最佳流量分配。

就是大風(fēng)產(chǎn)生的卡門渦街，與橋體之間產(chǎn)生了共振，大橋發(fā)生了好幾周的大幅度擺動(dòng)，最終還是沒有抗住，塌了。另一個(gè)是咱們的長(zhǎng)征二號(hào)E運(yùn)載火箭，1995年1月26日在西昌為美國(guó)發(fā)射“亞太二號(hào)”通信衛(wèi)星。火箭飛行50秒后爆炸，聯(lián)同衛(wèi)星一塊兒炸毀。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，就是衛(wèi)星和火箭發(fā)生了共振。

左邊的卡門渦街的例子顯示計(jì)算時(shí)間減少了40%，而潰壩的例子顯示計(jì)算時(shí)間減少了60%。