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)?？梢砸姷?，在一定條件下的定常來流繞過某些物體時，物體兩側(cè)會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。還可能會導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機的折斷、水輪機轉(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、沒有扇葉的風(fēng)力發(fā)電機，SOLIDWORKS Flow Simulation可以模擬真實條件的液體和氣體流動。
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，流體圍繞固體流動且不流入固體內(nèi)，將其視為外部流動。水流的流動樣式取決于雷諾數(shù)，在低雷諾數(shù)(460……100時，附在圓柱體的漩渦會發(fā)生振動，并從圓柱體中脫離出來。
一：創(chuàng)建項目
創(chuàng)建一個項目，設(shè)定為瞬態(tài)分析，設(shè)定計算時長為80s,時間步長為4s,單位設(shè)為SI，溫度為攝氏度，默認流體為水，水的流速0.014m/s(根據(jù)雷諾數(shù)確定)
二：設(shè)置計算域
對于大多數(shù)的外部流動分析而言，默認的計算域時滿足需要的，對于本實例來說，希望在流體接觸到圓柱體和離開計算域時，流域可以充分發(fā)展，同時減少計算量，因此手工對計算域進行調(diào)整，確保能捕捉充分發(fā)展的流域，同時減少計算時長。
三：設(shè)置計算控制選項
設(shè)置完成條件和瞬態(tài)瀏覽器，以保證項目能完成80s的分析，觀察到80s內(nèi)水流的變換過程。
四：查看時間動畫
下面的動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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