卡门 涡街 引发的共振

　　又称 卡门漩涡或 卡尔曼涡旋。

　　当漩涡不时增加，摆动增强，不波动的对称旋涡完整时，会构成周期性的交替零落的卡门 涡街 。研讨标明，卡门 涡街 大少数状况下是不波动的，经过计算，卡门 涡街 的波动条件是h/l=0.281，此时Re=150。

　　假如 涡街 的交替零落频次与物体的声学驻波频次相重合，还会呈现共振。产业上的预热器、锅炉等多由圆管组成，流体绕流圆管时，卡门 涡街 的交替零落会惹起预热器箱中气柱的振动，假如 涡街 的交替零落频次与物体的声学驻波频次相重合，就会引发声学共振，使管箱剧烈振动，严峻时，预热器管箱振鼓错开，以至决裂。假如改动管箱和睦体的固有频次，使之与卡门 涡街 的零落频次错开，防止发作共振，则可防止装备的破坏。

　　卡门 涡街 的声响效应

　　卡门 涡街 的使用：卡门 涡街流量计

　　卡门 涡街 交替零落时会发生振动，并收回声响效应，这种声响是由于卡门 涡街 周期性零落时惹起的流体中的压强脉动所构成的声波，如日常生活中所听到的风吹电线的风鸣声就是 涡街 零落惹起的。

　　卡门 涡街 并不全是会构成倒霉的事故，它也有很胜利的使用。比方己在产业中普遍运用的卡门 涡街流量计 ，就是应用卡门 涡街 景象制造的一种 流量计 。它将涡旋发作体垂直拔出到流体中时，流体绕过发作体时会构成卡门 涡街 ，在满意必定的条件下，非对称涡列就能坚持波动，此时，涡旋的频次f与流体的流速v及涡旋发作体的宽度d有如下联络： f=St(v/d) 其中St为斯特劳哈尔数，在一般义务条件下为常数。 卡门 涡街流量计 有很多长处：可丈量液体、气体和蒸汽的 流量 ；精度可达±1%(指示值)；构造繁杂，无活动件，牢靠、耐用；压电元件封装在发作体中，检测元件不接触介质；运用温度和压力范畴宽涡街流量计，运用温度最高可达400℃；并具有主动调整功用，能用软件对管线噪声停止主动调整。

　　研讨标明，在Re=200~15000的范畴内，支援体前面的漩涡不时周期性平均零落，漩涡的零落频次f与来流速度U成正比，与圆柱体直径d成正比。而当Re>1000时，斯特劳哈尔数近似即是常数0.21。此时零落频次f与来流速度成正比， 涡街流量计 就是依据这一原理压力校验仪，经过测出流场中绕流圆柱体的漩涡的零落频次，从而丈量出流速和 流量 。

　　流体绕过非流线形物体时，物体尾流左右两侧发生的成对的、交替陈列的、旋转方向相同的支-持称涡旋。卡门 涡街 是粘性不可紧缩流体动力学所研讨的一种景象。流体绕流矮小烟囱、高层修建、电线、油管道和换热器的管束时都会发生卡门 涡街 。1911年，德国迷信家T.von卡门从气氛动力学的观念找到了这种涡旋波动性的实践依据。对圆柱绕流， 涡街 的每个单涡的频次f与绕流速度v成正比，与圆柱体直径d成正比，即。Sr是斯特劳哈尔数，它次要与雷诺数相关。当雷诺数为300～3×105时，Sr近似于常数值(0.21)；当雷诺数为 3×105～3×106时，有规则的 涡街 便不再具有；当雷诺数大于3×106时，卡门 涡街 又会主动呈现，这时Sr约为0.27。呈现 涡街 时，流体对物领会发生一个周期性的交变横向作用力。假如力的频次与物体的固有频次相接近，就会惹起共振，以至使物体保护。这种 涡街 曾使潜水艇的潜望镜得到察看才能，海峡大桥遭到破坏，锅炉的气氛预热器管箱发作振动和决裂。但是应用卡门 涡街 的这种周期的、交替变化的实质孔板流量计，可制成卡门 涡街流量计 ，经过丈量涡流的零落频次来肯定流体的速度或 流量 。

　　冯·卡门（Theodore von Kármán 1881~1963）是美藉匈牙利力学家，近代力学的奠基人之一，1881年5月11日生于匈牙利布达佩斯，1963年5月7日卒于德国亚琛。他在美国加州理工学院的研讨生中，有中国学者钱学森、郭永怀、钱伟长，以及美藉华人学者林家翘等，他的学术思想对中国力学事业的开展起了主动的作用。他擅长透过景象，捉住事物的物理实质，提炼出数学模型，建立了古代力学中数学实践和工程实践严密分离的学风，奠定了古代力学的根本方向。他做出了很多杰出的效果，承受过很多国度的勋章，其中包括美国的第一枚国度迷信勋章。 冯·卡门出身于奥匈帝国-个教育学教授的家庭，1902年毕业于布达佩斯皇家工学院，1906年去德国哥廷根（G?ttingen）大学求学，在普朗特（Ludwig Prandtl 1875~1953）教授的指点下，于1908年取得博士学位。冯·卡门1911年时在哥廷根大学当助教，普朗特教授事先的研讨爱好，次要集合在边境层题目上。普朗特交给博士生哈依门兹（Karl Hiemenz ）的义务，是设想一个水槽，使能察看到圆柱体前面的活动团结，用实验来核对按边境层实践计算进去的团结点。为此，必需先晓得在波动水流中圆柱体四周的压力强度如何散布。哈依门兹做好了水槽，但出乎不测的是在停止实验时，发觉在水槽中的水流不时地发作剧烈的摆动。 哈依门兹向普朗特教授演讲这一状况后，普朗特通-知他："明显，你的圆柱体不够圆"。可是，当哈依门兹将圆柱体作了十分精密的加工后，水流还是在持续摆动。普朗特又说："水槽能够不对称"。哈依门兹于是又开端仔细肠调整水槽，但仍不能处理题目。 冯·卡门事先所做的课题与哈依门兹的义务并没相联络，而他天天早上进实验室时总要跑过来问："哈依门兹教师，如今活动波动了没有？"哈依门兹十分沮丧地答复："一直在摆动"。 这时冯·卡门想，假如水流一直在摆动，这个景象必定会有内在的客观缘由。在一个周末，冯·卡门用精确的运算办法，试计算了一下涡系的波动性。他假定只要一个涡旋能够自在活动，其他一切的涡旋都流动不动。然后让这一涡旋略微挪动一下地位，看看计算进去会有什么样的后果。冯·卡门失掉的结论是：假如是对称的陈列，那么这个涡旋就必定分开它本来的地位越来越远；而关于支-持称的陈列，固然也失掉异样的后果，但当行列的间距和相邻涡旋的间距有必定比值对，这涡旋却停止在它本来地位的四周，并且盘绕本来的地位作巨大的环形道路活动。 星期一下班时，冯·卡门向普朗特教授演讲了他的计算后果，并问普朗特对这一景象的见地如何？普朗特说，"这外面有些道理，写上去罢，我把你的论文提交到学院去"。冯·卡门事先回想时，对此事写道："这就是我关于这一题目的第一篇论文。之后，我觉得，我的假定有点太果断。于是又重新研讨一个一切涡旋都能挪动的涡系。这样需求略微繁杂一些的数学计算。经过几周后，计算终了，我写出了第二篇论文。有人问我：'你为什么在三个星期内提出两篇论文呢？必定有一篇是错的罢'。实在并没有错，我只是先得出个精确的近似，然后再把它精密化，根本上后果是一样的；只是失掉的临界比-的数值并不完整相同"。 冯·卡门是针对哈依门兹的水槽实验，停止涡旋陈列的研讨的。事先人们由于冯·卡门对其机理具体而又胜利的研讨，将它冠上了卡门的姓氏，称为卡门 涡街 。 冯·卡门本人事先在书中写道："我并不声称，这些涡旋是我发觉的。早在我生上去之前，自己已晓得有这样的涡旋。我最早看到的是意大利Bologna教堂中的一张图画。图上画着St.Christopher抱着幼年的耶稣涉水过河。画家在Christopher的赤脚前面，画上了交织的涡旋。"冯·卡门还说，在他之前，有一位英国迷信家马洛克（Henry Reginald Arnulpt Mallock 1851~1933）也已察看到妨碍物前面交织的涡旋，并摄有照片。又还有一位法国教授贝尔纳（Henry Bénard 1874~1939）也作过关于这一题目的少量研讨。只不过贝尔纳次要调查了粘性液体和胶悬溶液中的涡旋，并且其调查的角度是实验物理学的观念多于气氛动力学的观念。 冯·卡门以为他在1911~1912年，对这一题目研讨的奉献次要是二个方面：一是发觉 涡街 只要当涡旋是支-持称陈列，且仅当行列的距离对同行列内相邻两涡旋的距离有必定的比值时才波动；二是将涡系所照顾的动量与阻力联络了起来。 卡门 涡街 的波动性