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作者Cadence CFD 解決方案 關鍵要點 渦旋脫落及其影響 共振頻率和渦激振動在故障分析中的作用 使用 CFD 工具分析渦旋脫落行為 旋渦脫落模擬示例 由于速度差異形成渦流，導致流體呈螺旋狀運動。您可能已經在盆地中以龍卷風或漩渦的形式觀察到這種現象。

CFD 模擬還有助于評估以下現象： 渦激振動 (VIV)：由于渦流脫落引起的振動，會導致結構疲勞。 渦激運動 (VIM)：由于渦旋脫落引起的運動，這會導致結構振蕩、俯仰或滾動，這可能導致結構失效。 CFD 仿真可以對復雜的流動進行建模，以提供對高應力和振動區域的詳細分析。

02 渦振 渦振是指在平均風作用下，有繞流實腹斷面后交替脫落的渦旋引起的振動。橋梁渦振研究是空氣動力學的一個分支學科。

<div contenteditable="false" width="100%"> 使用OpenFOAM的實用大渦仿真（LES）（英文，全套案例） </div><div contenteditable="false" width="100%"> 發布于2025年12 </div><div contenteditable="false" width="100%"> 英語 |

許多土木工程領域的學者首先指出，這應該是比較常見的大跨度橋梁的渦激振動，對橋梁的破壞并不劇烈。然而，許多自媒體引用了1940年塔科馬大橋的倒塌事件來說明渦激振動的嚴重性和破壞性。簡單搜索一下"渦激振動"、"卡門渦街"和"塔科馬大橋"，就會發現"卡門渦旋誘發了結構失穩，顫振是塔科馬大橋倒塌的原因"這一描述。當流體在障礙物周圍流動時，會發生周期性的渦脫落，這就產生了所謂的渦街。

FSI真實案例：大橋與風場組成了耦合系統，大風產生了一定頻率的卡門渦脫落，這個頻率與耦合系統中的結構固有頻率相近，使系統發生了共振，大橋劇烈晃動直至崩塌。

該噪聲頻率也由渦脫落頻率確定，屬于高頻范圍。唱音：槳后緣的渦脫落形成周期力，當頻率與彈性振動某個固有頻率一致時，會發生諧頻放大，并使得渦脫落增強。當速度變化不大時，還會發生鎖頻自激振動。甚至有時唱音還會不同頻段發生，例如某螺旋槳300-400Hz、550-600Hz和650-700Hz。

近尾流區域： 這些螺旋渦是轉子葉片吸力側與壓力側之間的壓力差產生的，它們的脫落頻率為旋轉頻率的3倍（3葉片時）。 圖 3中，從渦輪流場可視化的實驗中也能清晰看到該螺旋渦的存在，且隨著葉尖速比的提高螺旋渦的間距減小。螺旋渦的間距減小加大了螺旋渦之間的互感以及不穩定性，因此在高葉尖速比下，渦的擊穿（breakdown）發生得更快。

引起轉子不平衡的原因是多方面的，如轉子的結構設計不合理、機械加工質量偏差、裝配誤差、材質不均勻、動平衡精度差；運行中聯軸器相對位置的改變；轉子部件缺損，如：運行中由于腐蝕、磨損、介質不均勻結垢、脫落；轉子受疲勞應力作用造成轉子的零部件（如葉輪、葉片、圍帶、拉筋等）局部損壞、脫落，產生碎塊飛出等。 2.

FSI真實案例：大橋與風場組成了耦合系統，大風產生了一定頻率的卡門渦脫落，這個頻率與耦合系統中的結構固有頻率相近，使系統發生了共振，大橋劇烈晃動直至崩塌。

FSI真實案例：大橋與風場組成了耦合系統，大風產生了一定頻率的卡門渦脫落，這個頻率與耦合系統中的結構固有頻率相近，使系統發生了共振，大橋劇烈晃動直至崩塌。

仿生葉片風扇降噪機理根據Atsushi Nashimoto等人對無葉圈汽車散熱器風扇的研究結果[6]，散熱器風扇首位的噪聲源分布在葉片前緣的吸力面，此處發生了流動的分離和再附著 ；第二位的噪聲源為葉片尾緣附近由于葉尖渦和尾渦脫落產生的噪聲，如圖13所示。因此，在本文的研究之中，將分別從葉片前緣氣流分離、葉片尾窩和葉尖渦三個方面考察A風扇的降噪機理。

圖 4 b = 3 時，基于改進權重函數得出的不同γ下預測速度與精確解對比振動圓柱繞流圖 5 展示了動態穩定后圓柱運動到最下端的渦量場，圖 5（b、c）中的尾渦分布較為均勻和規則。由圖 5（a、d）可以看出：當圓柱振動頻率偏離自然渦脫落頻率較遠時，圓柱后方尾渦將不再對稱，振動頻率越高，脫落的渦尺寸越大。

并不是這樣的，很多過程并不能穩定下來，比如卡門渦街，渦的脫落隨著時間呈周期性變化。再比如水的蒸發，隨著時間的推移，水的量一直在減少，因此這樣的過程就不是穩態的，計算時只能用瞬態計算。即便是穩態，其前期也一定存在瞬態這樣一個過程。因此黑格爾說存在就是合理的，存在就是應當消亡的。萬物都是脆弱易逝的。

實際上，它是兩種效應的結合：阻力危機和渦脫落。阻力危機我們提到過：《風阻系數的水很深》，你可以理解為當球速增大后，表面發生流動分離。后方低壓區變大，阻力也變大，球下墜更快。 對于足球來說，只要出球速度超過20m/s，就有可能發生阻力危機。 伴隨流動分離的，還有渦脫落。下圖就是用AICFD模擬的結果，這種周期脫落的渦也會讓足球的運動軌跡產生搖擺。

這種現象稱為卡門渦街流，渦流從物體兩側交替脫落，其頻率可預測。日常生活中我們經常會遇到這種現象，例如電話線上發出的聲音以及汽車無線電天線在氣流中的振動。從工程的角度而言，重要的是預測流體在不同流速時的振動頻率，從而避免固體結構振動時與渦脫落產生共振。

</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。

時至今日，湍流噪聲的理論研究大都基于Lighthill聲比擬方程、Powell渦聲理論及Kirchhoff理論；其中Powell渦聲理論和Kirchhoff理論均是基于Lighthill聲比擬理論發展而來。 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。

此現象也能通過天洑智能熱流體仿真軟件AICFD模擬： 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。

具體的網格劃分如下圖所示：3 FLUENT 流場設置3.1 General設置與網格導入 由于本文要進行聲學計算，因此需要通過瞬態計算，對渦脫落的進行捕捉，因此采用瞬態計算，相關設置如下圖所示。