花花世界迷人眼~
沒有.
咳咳,花花世界固然美好
在其中迷失也無可厚非
但是
做完這次實驗之後
小編發現
原來其中另有蹊蹺
所標杯、電吹風機、膠帶、紙
首先裁出一張細長的紙條
然後用膠帶把紙條
沿軸向粘在杯壁上
最後打開電吹風機
在粘貼紙條的對側
向杯子吹風
觀察紙條的運動情況
可以看到紙條
並不能穩定地隨風揚起
而是會出現波動
從另一個角度可以
更清楚地看到這一現象
電吹風低速擋
電吹風高速擋
原理解說
NACA翼型的卡門渦街
實驗中,吹風機吹出的風經過杯子時,風速的分布情況受圓筒的影響會發生變化。而風速的變化又會通過紙巾的波動變化反映出來。那麼風速具體的變化情況是什麼樣的呢?
在流體力學的理論中,有很多重要的無量綱數,比較有名的有雷諾數與馬赫數。卡門渦街就與雷諾數有著緊密的關聯。雷諾數的公式是:
雷諾數越小,表示粘性力越大,慣性力在計算時可以忽略,流動更趨向於穩定。雷諾數不同,流體的流動行為也會不同。
不同雷諾數下的流動情況
有了流體力學的理論之後,我們就可以用它進行模擬,從而康康流體流速的具體分布情況。模擬流體的算法非常多,像有限差分(FDM),有限元(FEM),光滑粒子動力學(SPH),物質點法(MPM)等等。這裡的模擬是用了格子玻爾茲曼方法(LBM)。
層流(非靜止畫面)
卡門渦街
湍流
註:自上而下,雷諾數增大,圖中顏色越深,表示流速越小。
從模擬的結果可以看出,雷諾數小的時候,流體形成穩定的層流,這對應著實驗中風速較小的情況。此時,只有來流自身的不穩定所造成的小波動。當雷諾數變大時,流體經過圓柱,開始變得不穩定起來,形成周期交替出現的渦,即卡門渦街。當雷諾數進一步增大時,流體的運動更加複雜,開始形成湍流。實驗中風速較大的情況就對應著這兩種情形,紙條的波動會非常大。
以上的模擬我們只是模擬了圓柱的繞流,我們也可以把圓柱換成方形或者其他形狀。
方形
分析完實驗的原理,小編突然間明白了,為什麼說蝴蝶「怎麼也飛不出,花花的世界」。我們知道,花的根莖一般是圓柱狀的,當一陣風吹過這些花的根莖時,從我們前面的分析可以知道,風速會發生非常複雜的變化,有可能會形成卡門渦街。再加上蝴蝶喝了點假酒,酒後飛行,就更難從亂風中飛出來了。
所以說,「怎麼也飛不出,花花的世界,原來我遇上了,卡門的渦街。」
參考資料
[1] 無需月光寶盒,洗潔精也能「回到過去」| 正經玩
[2] NACA翼型測試
[3] 模擬代碼參考
[4]【男子五人】用韓團的方式打開《酒醉的蝴蝶》【精 神 小 夥】
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