Visualiza la formación de la calle de vórtices de Karman detrás de un cilindro, campo de vorticidad y dinámica de coeficientes de fuerza
Cuando el fluido fluye pasando un cuerpo romo a números de Reynolds moderados (Re ~ 50-300), los vórtices se desprenden alternadamente de cada lado del cuerpo, formando dos hileras escalonadas conocidas como la calle de vórtices de Karman. La frecuencia de desprendimiento f sigue la relación de Strouhal: St = fD/U, donde St ≈ 0.2 para cilindros. Theodore von Karman (1911) analizó la estabilidad de tales arreglos de vórtices.
Re < 5: Flujo reptante, sin separación. Re 5-40: Par fijo de vórtices adheridos. Re 40-200: Desprendimiento periódico laminar. Re 200-300,000: Estela turbulenta con capa límite laminar. Re > 300,000: Capa límite turbulenta, crisis de arrastre.
El desprendimiento de vórtices causa fuerzas periódicas en estructuras: puentes (Tacoma Narrows, 1940), chimeneas, risers offshore, tubos de intercambiadores de calor. Si la frecuencia de desprendimiento se sincroniza con la frecuencia natural, la resonancia amplifica las vibraciones provocando falla por fatiga.
Las calles de vórtices de Karman se forman en la atmósfera cuando aire estratificado estable fluye pasando islas. Las imágenes satelitales muestran espectaculares calles de vórtices a sotavento de la Isla Guadalupe, las Islas Canarias y la Isla Jeju.
El campo principal muestra la vorticidad alrededor del cilindro: rojo = sentido antihorario, azul = sentido horario. Observe cómo los vórtices alternados se forman detrás del cilindro. La gráfica de fuerzas muestra sustentación (oscilante) y arrastre (media + oscilación).
1) Comience con el preset «Calle de vórtices». 2) Cambie a «Laminar» — observe el par de vórtices adheridos. 3) Pruebe «Turbulento» — vea la estela irregular. 4) Ajuste la velocidad del flujo y observe cambios en Re. 5) Observe que la frecuencia de oscilación del coeficiente de sustentación coincide con la frecuencia de desprendimiento.