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大自然中的“卡门涡街”

lab2620 2019-03-15 11:19:19

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  你听说过“卡门涡街”现象吗?当水流过桥墩,风吹过高塔、烟囱、电线、岛屿时就可能会形成卡门涡街,它是一连串交替分布的美丽漩涡,是大自然的杰作。卡门涡街是流体力学中的现象,得名于著名力学家冯 卡门。

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  1911年,物理学家路德维希 普朗特让一位攻读博士学位的研究生哈依门兹设计一个流水槽,以便观察流水经过一个圆柱体时的边界层,并测量圆柱体表面不同点的压力。哈依门兹做好水槽后却发现水槽中的水流不断地发生剧烈振动,几次尝试后仍不见改善。

  哈依门兹在水槽实验中遭遇的难题引起了冯 卡门的注意,他想,也许振动并非偶然,而是由内在原因决定的,于是便尝试从理论上进行思考,研究漩涡的排列规律。起初冯 卡门设想圆柱体后的水流形成两道对称排列但方向相反的漩涡,然而这种状态并不能维持,很快就不稳定了。于是他又假设两道漩涡交错排列,计算结果表明这种状态能够维持。在经过了大量的实验后,冯 卡门发表了相关论文,他关于卡门涡街的理论也被后来的实验证实。

  卡门涡街不仅会在圆柱体后出现,也可能会在其他形状的物体后形成,如可在高层大楼、电视发射塔、烟囱等建筑物后形成,这些建筑物受风作用而引起的振动倒塌往往也可能与卡门涡街有关。所以,在设计高层建筑物时,往往会进行计算和风洞模型测试,以避免因卡门涡街导致建筑物被破坏。


来源:科普中国

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