卡門渦街

2021-02-13 COMSOL實例解析

當流體流經一個物體的時候可以形成卡門渦街，這種旋渦可能會引起物體的振動。本模型利用流固耦合結構來模擬卡門渦街，可以看到在卡門渦街的影響下物體產生的大變形可以影響流體的流動。（相信大家都還記得虎門大橋抖動事件，據了解虎門大橋產生的抖動就是由於卡門渦街引起的。）

 

新建模型，選擇二維建模，選擇流固耦合接口，選擇瞬態研究

 

如圖所示建立幾何模型

 

選擇變形域，如圖所示

 

如圖所示分別建立一個階躍函數和一個高斯脈衝函數

 

 

 

對層流接口進行設置

 

 

點擊左上角小眼睛，選擇穩定性，如圖所示進行設置

 

如圖所示設置入口，其中Y是縱坐標，入口的速度與縱坐標有關，表示在入口處中心（坐標為（0,0.204））的流速最大為3m/s。大家可以自行算一算假設入口速度就是3m/s看看會不會產生卡門渦街。

 

 

如圖所示設置出口

 

 

如圖所示對固體力學接口進行設置

 

設置一個固定約束

 

 

如圖所示給固體施加一個預載荷

 

 

下面對材料進行設置

 

 

 

如圖所示進行網格劃分

 

 

接下來定義一些變量進行某些特定結果的計算。

 

如圖所示定義一個積分

 

如圖所示定義一個全局變量探針

 

再定義一個全局變量探針

 

 

定義一個域探針

 

對求解器進行必要的設置（設置部分比較多，讀者可以直接看模型）

相關焦點

  • 卡門渦街實驗
    開始時，這兩列線渦分別保持自身的運動前進，接著它們互相干擾，互相吸引，而且幹擾越來越大，形成非線性的所謂渦街。卡門渦街是粘性不可壓縮流體動力學所研究的一種現象。流體繞流高大煙囪、高層建築、電線、油管道和換熱器的管束時都會產生卡門渦街。
  • 你好,卡門渦街
    大家了解卡門渦街了嗎？小編今天將與大家一起走進馬宏偉教授的課堂一起來認識卡門渦街。美國華盛頓州的Tacoma Narrow橋，於1940年7月建成，全長1810.2米，最大跨度：853.4米，是當時世界上最長的懸索大橋。1940年11月7日，在42英裡/小時（相當於20m/s）風速的作用下，導致橋面折斷墜落到峽谷中。大家來看看發生了什麼吧。
  • 錢學森導師發現的神秘流體現象:卡門渦街
    在細緻地研究之後，馮·卡門於是從這一現象中總結出來流體不穩定流動性，並且將其命名為卡門渦街，還以此為內容寫出了他的第一篇論文。從此「卡門渦街」這個名字成了空氣動力學中最為經典的一個概念。流體是一種運動很不穩定的物質相比較於流體，固體真的是一種運動、變化很簡單的物質形態。當我們對固體施加力的時候，固體的形狀大體不變。
  • 卡門渦街是什麼?
    虎門大橋橋面異常抖動 渦振背後是一種「卡門渦街效應」 什麼是卡門渦街效應？ 「卡門渦街效應」由錢學森、郭永懷、錢偉長等人的老師、美籍匈牙利裔流體力學大師馮·卡門發現，用於描述空氣等流體通過物體後出現渦旋脫落。這些漩渦脫落的頻率會橋梁的固有頻率形成共振。
  • 硬核科普:是什麼導致了虎門大橋振動,卡門渦街?
    那麼什麼是卡門渦街，它有什麼樣子的危害呢？卡門渦街發現者馮·卡門(Theodore von Kármán 1881~1963)1881年5月11日生於匈牙利布達佩斯1963年5月6日卒於德國亞琛美籍匈牙利力學家近代力學的奠基人之一是錢學森、錢偉長、郭永懷和林家翹的導師大家了解卡門渦街了嗎？
  • 「卡門渦街」再現:蘸云為墨 以氣作畫
    這種在尾流中發生的渦旋列也被稱作「馮·卡門大氣渦街」（簡稱大氣渦街）。　　可以說，大氣渦街現象並不罕見，那為什麼衛星拍到大氣渦街還會讓人如此興奮呢？　　大氣渦街是氣流與地形（山脈、島嶼等）相互作用的產物，在一般情況下，氣流是無形的，即便大氣渦街發生了，如果沒有特定雲彩這一「顏料」，雲繪美景依然無法在衛星圖片上顯現出來。這種大自然的鬼斧神工，需要特定的條件才可以一見。
  • 卡門渦街:流體力學中一種難以置信的奇觀,它究竟是怎麼形成的?
    卡門渦街的形成原理當流體繞流一個無限長的圓柱體時， 將發生邊界層分離， 並在柱後形成旋渦， 增大機械能量的損失。這種十分整齊排列著的，像街道般的漩渦列被稱為"渦街"。因為在1912年美國物理學家卡門最先研究了這一現象，所以這種現象又被稱卡門渦街。卡門渦街不只是在流體繞流圓柱體時出現，在流體繞流三角柱、四角柱時也會發生。應當指出， 並不是任何情況下都能形成渦街。對於一定形狀的物體和不同的流體，渦街的形成， 取決於雷諾數的大小。
  • 「卡門渦街」的啟示:偉大的發現往往與應用無關
    卡門渦街的故事在這之前，我想用「卡門渦街的故事」來解釋這個問題。這是位於美國華盛頓州的塔科馬大橋，這座大橋的跨度有853.4米，始建於1940年7月。這件事被馮·卡門關注到了。他想：尾流的搖擺不定肯定有一些物理原因，並不是實驗誤差造成的。於是他就對這個問題進行了深入研究，最後找到了答案。因為水流繞過圓柱體後形成的兩股擾流，產生了圓柱體後的一系列渦街，這些渦街造成了尾流的搖擺不定。
  • 從虎門大橋渦振到「卡門渦街」與塔科馬海峽大橋
    嗯，「卡門渦街」就是以錢學森導師馮·卡門名字命名的、流體力學中一種重要的現象。在馮·卡門的自傳中，關於「卡門渦街」的發現，他是這樣描述的：首先我假設水經過圓柱體時一分為二，一股從上邊流過，一股從下邊流過，生成渦，經過圓柱體後脫落成為兩個尾流，一個從上面流出，一個從下面流出。
  • 太空看世界:大氣中最奇妙的雲,超乎想像的卡門渦街
    位於西南印度洋的火山島赫德島，只有乘船才能到達，2016年5月3日，衛星觀察到這裡的雲出現了一連串的漩渦，這便是大氣層中著名的「馮·卡門渦街」現象。物理學家西奧多·馮·卡門（Theodore vonKármán）首先描述了這種形成螺旋渦流長鏈的物理過程。
  • 卡門渦街是什麼?80年前震塌塔科馬大橋,如今讓虎門大橋多次抖動
    該現象的學名為「卡門渦街」，是流體力學中很重要的一個現象，發現人叫做西奧多·馮·卡門。馮·卡門是美籍匈牙利力學家，近代力學的奠基人之一。他也是20世紀最偉大的航天工程學家，我國著名的科學家錢學森、錢偉長、郭永懷都是他的弟子。1991年，馮·卡門在哥廷根大學擔任著名力學家普朗特的助教。
  • 虎門大橋抖動,應是卡門渦街惹的禍!
    馮·卡門1954年在《空氣動力學的發展》一書中寫道：塔科瑪海峽大橋的毀壞，是由周期性旋渦的共振引起的。設計的人想建造一個較便宜的結構，採用了板材代替桁架作為邊牆。不幸，這些板材引起了渦旋的發放，使橋身開始扭轉振動。這一大橋的破壞現象，是振動與渦旋發放發生共振而引起的。20世紀60年代，經過計算和實驗，證明了馮·卡門的分析是正確的。
  • 科普「卡門渦街」後,東莞理工學院校長有了新想法
    當天下午一段關於橋梁為何會振動的科普視頻在社交群傳播開來，授課人正是東莞理工學院現任校長馬宏偉教授，視頻中他介紹這一現象為「卡門渦街」，並用簡單的小實驗來進行闡述，這段通俗易懂的講解讓網友紛紛留言「漲知識了」。詳見南方+報導：視頻|大橋為何被風晃動？看東莞理工學院校長權威科普。
  • 簡述渦街流量計計算公式
    江蘇橫河自控是一家渦街流量計廠家。主要生產渦街流量計、電磁流量計和旋進漩渦流量計等。下面為大家簡單介紹下渦街流量計的工作原理。　　在流體中設置三角柱型旋渦發生體，則從旋渦發生體兩側交替地產生有規則的旋渦，這種旋渦稱為卡門旋渦，旋渦列在旋渦發生體下遊非對稱地排列。
  • 迅爾儀表|數字渦街流量計PK撥碼渦街流量計,優勢在哪裡?
    渦街流量計是根據卡門（Karman）渦街原理研究生產的，主要用於工業管道介質流體的流量測量，如氣體、液體、蒸氣等多種介質。其特點是壓力損失小，量程範圍大，精度高，在測量工況體積流量時幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等參數的影響。是一種比較先進、理想的流量測量儀器。
  • 渦街流量計的工作原理,應用及常見故障分析
    一、渦街流量計的工作原理：渦街流量計的原理是在流量計管道中，設置一滯流件，當流體流經滯流件時，由於滯留件表面的滯流作用等原因，在其下遊會產生兩列不對稱的漩渦，這些漩渦在滯流件的側後方分開，形成所謂的卡門 （Karman）漩渦列，兩列漩渦的旋轉方向是相反的，卡門從理論上證明了當h/L=0.281（h為兩漩渦列之間的寬度，L為兩個相鄰漩渦間的距離）時，漩渦列是穩定的
  • 轎車用卡門旋渦空氣流量計
    由式（4）可知，體積流量與卡門旋渦流量計的輸出頻率成正比。利用這一原理，對於一臺具體的卡門旋渦空氣流量計，只要檢測卡門旋渦的頻率，就可以求出空氣流量。 根據旋渦頻率的檢測方式的不同，汽車用渦流式空氣流量計分為超聲波檢測式和光學式檢測式兩種。
  • 渦街流量計的原理是什麼,大泉流量一句話科普
    問：常用測流量的渦街流量計是什麼原理？答：渦街流量計是把一個非流線型阻流體垂直插入管道中，隨著流體繞過阻流體流動，渦街流量計是根據漩渦脫離漩渦發生體的頻率與流量之間的關係來測量流量的儀表。工業生產世界裡，計量介質各種各樣，用戶用什麼流量計去測量介質，什麼流量計可以測量什麼介質，在行業裡魚龍混雜，大泉流量說看起來複雜的事情，其實是可以換種方式去思考問題，渦街流量計是我要買的，告訴工廠我的需求，聽從工廠工程師建議下單，理論與實際測量效果都是經過流量工程師驗證過，用戶只要會用即可。
  • 科學家西奧多·馮·卡門的趣味小故事
    馮·卡門1881年5月11日出生在匈牙利的布達佩斯，馮·卡門6歲時就能對5位數的乘法略一思索就報出答案來。他的父親卻對他的運算的超常能力感到擔憂，怕他將來變成一個畸形發展的人。不久，在父親的幹預下，馮·卡門便和各種數學科目斷絕來往，直到十幾歲才重新開始學習數學。父親讓他讀地理、歷史、詩歌來代替做數學習題，他始終很感激父親。
  • 當代世界航空學界泰鬥西爾多·馮·卡門
    一、馮·卡門的成就1963年2月18日上午，美國頒發給當代世界航空學界泰鬥81歲高齡西奧多·馮·卡門第一枚國家科學勳章，以表彰其對科學、技術和教育事業無與倫比的卓越貢獻。西奧多·馮·卡門（1881年5月11日～1963年5月6日），匈牙利猶太人，1936年入美國籍，是20世紀最偉大的航天工程學家。