卡門渦街是流體流體力學(xué)中的重要現(xiàn)象，在自然界中經(jīng)常可以見到，在一定條件下的定常來流繞過某些物體時(shí)，物體兩側(cè)會(huì)周期性地脫落出旋轉(zhuǎn)方向相反、排列規(guī)則的雙列線渦，經(jīng)過非線性作用后，形成卡門渦街，如水流過橋墩，風(fēng)吹過高塔、煙囪、電線等都會(huì)形成卡門渦街。
卡門渦街解釋了許多的現(xiàn)象，在工程中占有重大地位。著名的有美國的塔科馬峽谷橋因周期性的漩渦共振造成損壞，我國的虎門大橋因渦振現(xiàn)象出現(xiàn)振動(dòng)。還可能會(huì)導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)的折斷、水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪產(chǎn)生裂紋等問題。
當(dāng)然，事物都有兩面性，人們利用卡門渦街也創(chuàng)造出了很有用的產(chǎn)品，比如在工業(yè)中廣泛使用的卡門渦街流量計(jì)、沒有扇葉的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，SOLIDWORKS Flow Simulation可以模擬真實(shí)條件的液體和氣體流動(dòng)。
這里我們就用SOLIDWORKS Flow Simulation來完成卡門渦街的模擬，選擇溫度和壓力分別為293.2K和1atm的水流過0.01m的圓柱體，查看水流經(jīng)過圓柱體后的變化。在本次分析中，流體圍繞固體流動(dòng)且不流入固體內(nèi)，將其視為外部流動(dòng)。水流的流動(dòng)樣式取決于雷諾數(shù)，在低雷諾數(shù)(460……100時(shí)，附在圓柱體的漩渦會(huì)發(fā)生振動(dòng)，并從圓柱體中脫離出來。
一：創(chuàng)建項(xiàng)目
創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目，設(shè)定為瞬態(tài)分析，設(shè)定計(jì)算時(shí)長為80s,時(shí)間步長為4s,單位設(shè)為SI，溫度為攝氏度，默認(rèn)流體為水，水的流速0.014m/s(根據(jù)雷諾數(shù)確定)
二：設(shè)置計(jì)算域
對于大多數(shù)的外部流動(dòng)分析而言，默認(rèn)的計(jì)算域時(shí)滿足需要的，對于本實(shí)例來說，希望在流體接觸到圓柱體和離開計(jì)算域時(shí)，流域可以充分發(fā)展，同時(shí)減少計(jì)算量，因此手工對計(jì)算域進(jìn)行調(diào)整，確保能捕捉充分發(fā)展的流域，同時(shí)減少計(jì)算時(shí)長。
三：設(shè)置計(jì)算控制選項(xiàng)
設(shè)置完成條件和瞬態(tài)瀏覽器，以保證項(xiàng)目能完成80s的分析，觀察到80s內(nèi)水流的變換過程。
四：查看時(shí)間動(dòng)畫
下面的動(dòng)畫展示了卡門渦街的形成過程，仿真得到的結(jié)果和自然界觀察到的現(xiàn)象完全一致
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