Akademik

Вихревая дорожка

Вихревая дорожка: Кармана дорожка, — регулярная, расположенная в определенном порядке система дискретных завихренных элементов жидкости, которая образуется за плоским, плохообтекаемым телом, помещённым в однородный поток со скоростью V, на бесконечности. При малых Рейнольдса числах Re = 30 обтекание такого тела происходит с образованием стационарной замкнутой срывной зоны в его кормовой части. При увеличении числа Re течение в следе за телом становится нестационарным, неустойчивым; это приводит к разрушению срывной зоны и отрыву завихренных элементов жидкости (вихрей) поочерёдно то справа, то слева. Вихри увлекаются потоком по течению, и на некотором расстоянии за телом образуются 2 ряда вращающихся в противоположных направлениях вихрей, движущихся со скоростью u V. Расстояние между рядами равно h; в каждом ряду вихри расположены на расстоянии l один от другого. В реальных условиях В. д. образуется при умеренно малых числах Re (30 Re 300) с расположением вихрей в шахматном порядке.
Теоретический анализ В. д. в рамках модели идеальной несжимаемой жидкости был проведён Т. Карманом (1912). Было показано, что В. д. устойчива только для вихрей с расположением их в шахматном порядке при выполнении условия h/l = 0,2809. Это условие устойчивости очень близко к экспериментальным данным при обтекании водой кругового цилиндра (h/l = 0,282) и плоской пластины (h/l = 0,306). В рамках схемы обтекания тела с образованием В. д. была получена также формула для оценки сопротивления, содержащая две неопределенные постоянные. Результаты расчётов коэффициент сопротивления по формуле Кармана с постоянными, определёнными по экспериментальным характеристикам В. д., хорошо согласуются с данными измерений; круговой цилиндр соответственно 0,91 и 0,90, пластина — 1,61 и 1,44 или 1,56 (в различных экспериментах). Н. Е. Кочин (1939) показал, что и при выполнении условия Кармана В. д. всё-таки неустойчива, и, следовательно, это условие характеризует то расположение вихрей, которое обладает наименьшей неустойчивостью по сравнению со всеми другие расположениями вихрей.