Визуализация формирования вихревой дорожки Кармана за цилиндром, поля завихрённости и динамики коэффициентов сил
При обтекании тупого тела при умеренных числах Рейнольдса (Re ~ 50-300) с каждой стороны тела поочерёдно срываются вихри, образуя два шахматных ряда — вихревую дорожку Кармана. Частота срыва f следует соотношению Струхаля: St = fD/U, где St ≈ 0,2 для цилиндров. Теодор фон Карман (1911) проанализировал устойчивость таких вихревых структур.
Re < 5: Ползущее течение. Re 5-40: Неподвижная пара присоединённых вихрей. Re 40-200: Ламинарный периодический срыв. Re 200-300 000: Турбулентный след. Re > 300 000: Турбулентный пограничный слой, кризис сопротивления.
Срыв вихрей вызывает периодические силы на конструкциях: мосты (Такома-Нэрроуз, 1940), дымовые трубы, морские райзеры, трубы теплообменников. При совпадении частоты срыва с собственной частотой конструкции резонанс усиливает вибрации, приводя к усталостному разрушению.
Вихревые дорожки Кармана образуются в атмосфере при обтекании устойчиво стратифицированным воздухом островов. Спутниковые снимки показывают эффектные вихревые дорожки за островами Гуадалупе, Канарскими и Чеджудо.
Главное поле показывает завихрённость вокруг цилиндра: красный = против часовой стрелки, синий = по часовой. Наблюдайте чередующиеся вихри за цилиндром. График сил показывает подъёмную силу (осциллирующую) и сопротивление (среднее + осцилляция).
1) Начните с пресета «Вихревая дорожка». 2) Переключитесь на «Ламинарный». 3) Попробуйте «Турбулентный». 4) Измените скорость потока. 5) Заметьте совпадение частот подъёмной силы и срыва вихрей.