En Von Karman vortexgang er et periodisk fenomen av virvler forårsaket av ustabil separasjon av strømning rundt dårlig profilerte kropper. En vortexbane kan bare observeres innenfor et gitt intervall av Reynolds-tall , vanligvis mellom et vortex-system som er festet til hindringen og turbulensen .
En omvendt bakgate av Karman er en serie motroterende boblebad. De bilde velocimetry partikler viser dette fenomenet som genereres ved å slå av halefinnen på fisken i det vesentlige buede denne finne (tunfisk, knekter) som induserer en retrograd fluidstråle, en tendens til å drive dem.
Når en virvel bryter sammen, dannes en asymmetrisk strøm rundt kroppen, som endrer fordelingen av trykk. Dette betyr at den alternative separasjonen av virvler kan skape periodisk løft på kroppen og forårsake vibrasjoner . Dersom separasjonen frekvens ligger i nærheten av den naturlige frekvens av en struktur , skaper denne resonans . Det er denne tvungne vibrasjonen som, ved riktig frekvens, får kraftledninger eller telefonlinjer til å "synge", øker vibrasjonene til bilantenner ved bestemte hastigheter, og er også ansvarlig for å slå persienner når vinden passerer gjennom. I forskjellige tekniske problemer kan dette fenomenet ha mye mer skadelige konsekvenser (vibrasjoner av stagkablene til hengebroer, mulig brudd på disse broene, skorsteinskollaps osv.).
Von Karman vortexgater forsvinner i kritisk hastighet, men dukker opp igjen ved høyere Reynolds-nummer (høyre bilde).
Mest tilstrekkelig slanke kropper vil sannsynligvis avgi Von Karman vortexgater, og alle kan sørge for dette ved å gjøre plutselige bevegelser med stenger av forskjellige seksjoner (kvadratisk eller sirkulært snitt).
Erfaringen viser at frekvensen f for løsrivelse av virvler hovedsakelig avhenger av følgende mengder:
I henhold til metoden beskrevet i Dimensjonsløst tall kan vi deretter beregne frekvensen i henhold til de andre variablene i henhold til en formel som må skrives:
Ved å omskrive formelen ser vi at Strouhal-tallet er en funksjon av Reynolds-tallet .
For en sylinder med sirkulært snitt viser erfaring at denne funksjonen er, med en god tilnærming, konstant og lik 0,2 i et Reynolds-område som går fra 300 til 10.000:
I et bredere spekter, formelen:
gir en god tilnærming i intervallet 250 <Re <2 × 10 5 (se Strouhal-nummer ).
Bilantenner:
Nedstrøms fra en bilradioantenne produseres vortexavdelinger som er organisert i form av Von Karman Alley. Antennen begynner å vibrere, noe som skaper en lyd som kan påvirke komforten til passasjerene. For å overvinne dette problemet inkluderer antenner i vår tid en vri på ledningen som bryter den vanlige dannelsen av alternerende virvler og forhindrer derfor dannelsen av karakteristisk støy.
Industrielle skorsteiner: gitt
sin høyde, kan industrielle skorsteiner (spesielt de som er laget av metall, som er lettere) være utsatt for utslipp av destruktive alternerende virvler (så snart deres naturlige vibrasjonsfrekvens resonerer med eksosfrekvensen til disse virvlerne). For å "defederere" løsrivelsen av virvler, er de utstyrt med en spiralformet turbulator som lokalt utløser denne løsrivelsen.
Helical turbulator som forhindrer utslipp av vekslende Bénard Karman-virvler bak en skorstein.
Helical turbulator på en bilantenne.
NASA-turbulatorprosjekt for månen Saturn V.
Den Strouhal antall isolerte relieffer som fjell i en vanlig eller øyer er forholdsvis nær 0,2, til tross for den kompliserte de fenomener og spesielt viktigheten av stabiliteten (eller ikke) av den atmosfære som er fortsatt et vesentlig kriterium i meteorologi . Det skal også bemerkes at Reynolds antall slike strømninger når uvanlige verdier: ved å betrakte vindhastigheten i bildet motsatt som 10 m / s og den tverrgående dimensjonen på øya som 5000 meter, får vi virkelig en "astronomisk" diametral Reynolds nummer (det ville være riktigere å skrive orografisk ) på 3,5 × 10 9 , mye mer enn det noen gang vil være mulig å produsere i en vindtunnel.
Nyere studier viser at noen insekter henter energi fra virvler som dannes rundt vingene under flukt. Vanligvis koster det å lage en vortex energi (dermed dra ), men disse insektene kan gjenfange noe av den energien for å forbedre hastigheten og manøvrerbarheten . De roterer med vingene før bakklaffen, slik at vingene løftes av virvelen ( virvel eller virvel , på engelsk ) skapt av nedflakking. De fluidmekanikk at studier disse komplekst fenomen kalles ustø .