涡振什么意思呢,涡振现象指的是什么

首页 > 教育 > 作者:YD1662024-12-15 23:43:03

涡振什么意思呢,涡振现象指的是什么(1)

在5月5号的时候,广东省的虎门大桥发生了非正常的抖动。专家组判断,虎门大桥5日发生振动系桥梁涡振现象,并认为悬索桥结构安全可靠,不会影响虎门大桥后续使用的结构安全和耐久性。今天我们就来聊聊什么是涡振。

涡振什么意思呢,涡振现象指的是什么(2)

在流体力学中有一个很重要的现象,叫做卡门涡街。什么是卡门涡街呢?要了解这个现象,我们首先要介绍一个人物,这个人物名字叫冯·卡门。冯·卡门著名的空气动力学家,我国著名科学家钱伟长、钱学森、郭永怀、林家翘都是他的亲传弟子。他在“空气动力学之父”普朗特指导下完成空气动力实验,研究了边界层分离现象,提出了著名的“卡门涡街”理论。简单的说就是流体(像空气、水)流过阻流体(如水中的礁石、空中的飞机、大山等)会形成交替的反向的漩涡。这个现象就称之为卡门涡街。

涡振什么意思呢,涡振现象指的是什么(3)

我们仔细来说一下,大概的意思。比如说有一个柱子,那么当流体从柱的左侧流过来的时候,它要么就从上面流过,要么从底下流过去。它会首先选择一侧。先从上面流过去,然后形成一个顺时针的漩涡。漩涡继续向前运行,同时柱子在底下又会形成一个新的漩涡,这叫交替的反向的漩涡,当第一个漩涡又走远了,第二个漩涡也走远了,然后它又形成了第三个漩涡,就这样交替地往前进行。这个其实就是一种稳定的状态。但是卡门涡街不是在任何情况下都会出现的,它是在雷诺数处于某个范围内时才会出现。雷诺数大概的意思就指的是流速和粘滞系数之比,今天我们不讨论这个。

涡振什么意思呢,涡振现象指的是什么(4)

那么为什么大桥问什么会出现抖动呢?其实这种抖动我们称之涡激振动。就是这个漩涡激发的振动。简称涡振。我们把桥作为一个横断面,风沿着水平方向吹过来,在横断面上边产生了一个涡,这个涡离开以后,另一边又产生了一个涡,这些涡上下交替出现,这样就给桥面一会向下,一会向上的一个力。这个力我们就称之为驱动力,这个驱动力使得桥不断的摆动,并且摆的幅度越来越大,当和桥的共振频率、扭转频率一致时,桥就会出现扭转摆动的情况。

卡门涡街是流体力学中重要的现象,在我们日常生活中常可遇到。比如我们经常听到呼呼的风声,那其实就是空气吹过电线,涡周期性脱落引起电线振动发出的嗡鸣声。现在一种叫风弦琴乐器,就是由此原理发声的。另外我们在工厂中时常会用到的涡街流速计,也是通过管体里阻流体的震动计算出流量的大小。还有风速的测定,都是运用这一原理。

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