Virvelgatan

Vortexgata (även Karmans väg till Theodore Karmans ära ) - virvelkedjor som observeras när vätska eller gas strömmar runt utsträckta cylindriska kroppar (eller andra linjärt långsträckta dåligt strömlinjeformade profiler) med en längsgående axel vinkelrät mot den kontinuerliga rörelseriktningen medium.

Separation av virvlar sker på båda sidor av kroppen i sin tur; efter avfall bildar virvlarna två kedjor bakom kroppen, rotationsriktningen för virvlarna i en kedja är motsatt rotationsriktningen i den andra.

Fenomenet kan endast observeras vid begränsade värden av Reynolds-talet (till exempel för cylindrar sträcker sig intervallet från 47 till 10 5 ). Spårets dimensioner beror på storleken på den strömlinjeformade kroppen, och det finns ett linjärt förhållande mellan banans bredd och avståndet mellan intilliggande virvlar.

Som med alla turbulenta flöden upplever kroppen motstånd, vilket ökar med bredden på banan.

Inom teknik

Vortexflödesmätare använder det faktum att virvelfrekvensen f i den första approximationen är proportionell mot flödeshastigheten v och beror på det dimensionslösa kriteriet Sh ( Strouhal nummer ) och spridningsbredden d [1] [2] :

Genom att mäta frekvensen av vågorna som orsakas av virvlarnas utsläpp gör det möjligt att bestämma flödeshastigheten på ett beröringsfritt sätt.

Vortexbanor är också ansvariga för vibrationen av strängarna i den eoliska harpan .

Men för det mesta är storskalig utgjutning av virvlar runt maskindelar och tekniska strukturer ett tekniskt problem på grund av risken för strukturella haverier. Till exempel tre av de åtta kyltornen vid Ferrybridge kraftverkkollapsade den 1 november 1965 på grund av virvelavfall orsakade av vind med en hastighet av 130 km/h [3] . Bildandet av en virvelgata beror på svängningen av höghusstrukturer - torn , skyskrapor , skorstenar . Särskilt farligt är resonanssvängning , där frekvensen av virvelbildning sammanfaller med eller ligger nära den naturliga mekaniska frekvensen av strukturens horisontella svängningar, vilket ofta leder till förstörelse, därför används modellering vid utformning av sådana strukturer genom att blåsa modeller. i vindtunnlar .

För att förhindra bildandet av en virvelgata används flera tekniker:

• En lång platt platta är fäst vid den strömlinjeformade kroppen, placerad längs flödet från den sida som är motsatt det mötande flödet. Denna platta förhindrar samverkan mellan virvlarna som bryter av på båda sidor av cylindern och försvagar därmed spåret. Denna teknik är endast tillämpbar i de fall där flödesriktningen är oförändrad i förhållande till den strömlinjeformade kroppen.

• " Spoilers " läggs till de cylindriska tornen - en slags jätteskruvgänga. Dessa detaljer förhindrar bildandet av ett tvådimensionellt flöde och alternerande utsläpp av virvlar [4] . En liknande teknik används vid design av bilantenner.
• Strukturens diameter varierar i höjd, vilket leder till olika frekvenser av virvelavfall på olika höjder och därmed undviker man synkron avstötning av virvlar längs hela strukturens höjd.

I fall där det är omöjligt att undertrycka bildandet av en virvelgata genom att ändra den aerodynamiska formen, till exempel när vinden flyter runt ledningarna på kraftledningar, vibrationer och vibrationer i ledningarna, vilket leder till ledningsbrott vid punkterna i deras infästning på isolatorer, dämpas av speciella vibrationsdämpare.

Ytterligare fakta

Före Karman upptäcktes en virvelgata av N. E. Zhukovsky , medan han studerade Dubois-paradoxen ("On the Dubois Paradox", 1891). Han noterade det som en kedja av virvlar som bildas när en ström av vatten rinner runt en platt platta installerad vinkelrätt mot flödet. Uppmärksamhet drogs till eftersom kedjan av virvlar bakom plattan skilde sig från det observerade mönstret när själva plattan flyttades i stilla vatten.

Anteckningar

1. ↑ Kremlevsky P.P. Flödesmätare och räknare för mängden ämnen. Katalog. - Ed. 5:a, per. och ytterligare .. - St. Petersburg. : Mashinostroenie, 2002. - 409 sid. - 3000 exemplar.
2. ↑ Kiyasbeyli A. Sh., Perelshtein M. E. Vortexmätinstrument. - M . : Mashinostroenie, 1978. - 152 sid.
3. ↑ Ford, David N. When Technology Fails: betydande tekniska katastrofer, olyckor och misslyckanden under 1900-talet  / Neil Schlager. — Gale Research, 1994. - s.  267-270 . - ISBN 0-8103-8908-8 .
4. ↑ Vad är spoilers och varför behövs de på skorstenar? (inte tillgänglig länk) . Hämtad 24 november 2013. Arkiverad från originalet 5 oktober 2016. (obestämd) 

Litteratur

• Vortexbana // Stora sovjetiska encyklopedin  : [i 30 volymer]  / kap. ed. A. M. Prokhorov . - 3:e uppl. - M .  : Soviet Encyclopedia, 1969-1978.

Ordböcker och uppslagsverk	Stor norsk Britannica (online)
I bibliografiska kataloger	GND : 4163337-4