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1、88力学与实践2006年第28卷矛侧时今侧”申勺未力学史话岑漫话卡门涡街及其应用龟侧”方梢侧睁碑{力学纵横王振东大学力学系,天津(天津300072)摘要根据冯·卡门的著作,阐述了卡门涡街研究的历史.以自由活动,其他所有的涡旋都固定不动.然后让这一涡旋讨论了卡门涡街的应用.稍微移动一下位置,看看计算出来会有什么样的结果.冯·:,关健词冯·卡门,卡门涡街,涡旋,共振,流量计卡门得到的结论是如果是对称的排列那么这个涡旋就一,;虽然定离开它原来的位置越来越远而对于反对称的排列.卡门涡街是流体力学中重要的现象在自然界中常
2、可遇也得到同样的结果,但当行列的间距和相邻涡旋的间距有一,,到在一定条件下的定常来流绕过某些物体时物体两侧会定比值时,这涡旋却停留在它原来位置的附近,并且围绕原、,周期性地脱落出旋转方向相反排列规则的双列线涡经过来的位置作微小的环形路线运动,,.,形成卡门涡街如水流过桥墩、非线性作用后风吹过高塔星期一上班时,冯·卡门向普朗特教授报告了他的计算.、烟囱电线等都会形成卡门涡街卡门涡街有一些很重要的,,“结果并问普朗特对这一现象的看法如何?普朗特说这,因此在学,应用习流体力学时有必要了解其研究历史及有,,”..里面有
3、些道理写下来吧我把你的论文提交到学院去冯关的应用情况·卡门后来回忆时,对此事写道:“这就是我关于这一问题1.,,.于是1卡门涡街的研究历史的第篇论文之后我觉得我的假定有点太武断.冯·卡门(TheodorevonK由m如1881、1963)是美籍又重新研究一个所有涡旋都能移动的涡系这样需要稍微复.,,匈,,185杂一些的数学计算经过几周后计算完毕我写出了第2牙利力学家近代力学的奠基人之一81年月n日.:“生于匈牙利布达佩斯,1963年5月6日卒于德国亚深.他篇论文有人问我你为什么在3个星期内提出两篇论文.,”出身
4、于奥匈帝国一个教育学教授的家庭,1902年毕呢?一定有一篇是错的吧其实并没有错我只是先得出个业于布,,;,粗略的近似然后再把它细致化基本上结果是一样的只达佩斯皇家工学院1906年去德国哥廷根(G6tingen)大”.,uratl1875、1953是得到的临界比的数值并不完全相同学求学在普朗特(Ldwigpnd)教授的指·,,,于冯导下完成了关于柱体塑性区内屈曲问题的论文1908年卡门是针对哈依门兹的水槽实验进行涡旋排列的.·..,获得博士学位1911年时他在哥廷根大学当助教普朗特研究的后来人们由于冯卡门对其机理
5、详细而又成功的研教授当时的研究兴趣,主要集中在边界层问题上.普朗特交究,将它冠上了卡门的姓氏,称为卡门涡街.,en·“给博士生哈依门兹(KarlHiemz)的任务是设计一个水冯:,这些涡卡门自己后来在书中写道我并不宜称,,槽使能观察到圆柱体后面的流动分裂用实验来核对按边旋是我发现的.早在我生下来之前,大家已知道有这样的涡.,..界层理论计算出来的分裂点为此必须先知道在稳定水流旋我最早看到的是意大利Bologna教堂中的一张图画.,中圆柱体周围的压力强度如何分布哈依门兹做好了水槽图上画着StChristopher
6、抱着幼年的耶稣涉水过河.画家在,但出乎意外的是在进行实验时发现在水槽中的水流不断地Christopher的赤脚后面,画上了交错的涡旋.”冯·卡门还.,,发生激烈的摆动说在他之前有一位英国科学家马洛克(HenryReginald哈依,门兹向普朗特教授报告这一情况后普朗特告诉“,.,他:”可是显然你的圆柱体不够圆当哈依门兹将圆柱体作了非常精细的加工后,水流还是在继续摆动.普朗特又说:“水槽可能不对称,.哈依门兹于是又开始细心地调整水槽,但仍不能解决问题.冯·卡门当时所做的课题与哈依门兹的工作并没有关系,而他每天早上
7、进实验室时总要跑过去问:“哈依门兹先生,现在流动稳定了没有?”哈依门兹非常懊丧地回答:“始.终在摆动”这时冯·卡门想,如果水流始终在摆动,这个现象一定会有内在的客观原因.在一个周末,冯·卡门用粗略的运算·方法,试计算了一下涡系的稳定性.他假定只有一个涡旋可图1冯卡门本文于200卜1于28收到.:第1期王振东漫话卡门涡街及其应用振动,当发放频率与桥梁结构的固有频率相藕合时,就会发生共振,造成破坏.卡门,涡街不仅在圆柱后出现也可在其他形状的物体后,.形成例如在高层楼厦、电视发射塔、烟囱等建筑物后形成这些建筑物受风作
8、用而引起的振动,往往与卡门涡街有关.因此,现在进行高层建筑物设计时都要进行计算和风洞模型实验,以保证不会因卡门涡街造成建筑物的破坏据了解,北图2雷诺数为ID5时圆柱后的卡门涡街京、天津的电视发射塔,上海的东方明珠电视塔在建造前,ArlptMa一201851~1933.nu改)也已观察到障碍物后面交错都曾在北京大学力学与工程科学系的风洞中做过模型实验的涡旋,并摄有照片.又还有一位法国教授
