卡門渦街為什麼對稱又不對稱?

時間 2021-05-06 23:24:23

1樓:

當流體的速度比較小時,流體在圓柱體兩邊所形成的渦比較小,基本上不互相影響,所以渦是對稱的。當流體的速度增加到比較大時,流體在圓柱體兩邊形成的渦變大,因此兩個渦開始互相影響。所以總有一邊會發展的更強大一些,這時渦就不再完全對稱了。

乙個桶從小口向外倒水,水會一陣一陣的向外流,空氣也是一陣一陣的進入桶內流。這樣就形成了波。圓柱體背後的渦也是如此,後面的流體一下沿黃箭頭湧入,一下又沿紅箭頭湧入,結果就形成了渦街。

當渦比較大時,後面的流體不可能同時湧入兩邊。如圖

2樓:Scott Chen

這個問題我以前想過。之前我上一門CFD的課,最後的final是用fractional step method結合immersed boundary method算圓柱繞流。以前本科就應該學會,圓柱繞流的wake在低雷諾數時是對稱的,隨著雷諾數增加,逐漸形成非對稱的wake。

問題就來了。為什麼方程是isotropic,初始條件對稱的,邊界和幾何都對稱,結果算出來的結果卻不對稱?我的理解是,隨著雷諾數增加,NS方程的對稱的解不再是乙個穩定的解,任何微小擾動都會以指數放大的形式直接讓流動失穩,從而使流動向乙個非對稱的形式演化。

同理,如果你做channel flow(圓柱管),低雷諾數下,裡面是層流,同一半徑的地方(這些位置從幾何上來說是完全一樣的),軸向速度幾乎都相等,而且v(t)不會有很大的fluctuation,隨著雷諾數增加,如果流動成為了湍流,即使在同一半徑位置,軸向速度也不一樣,而且任何一點的速度的time series的fluctuation能達到1%以上。如果需要做turbulent statistics,空間時間上都得做平均。

另外有一點是,從計算的角度來說,擾動是由機器誤差引起的,但如果說乙個solver本身精度就不高,邊界條件,空間時間離散本來就有很大誤差,那這種由機器誤差引起的擾動在很長時間範圍內仍然無法讓流動向非對稱轉化。這個時候需要給初始條件加大概千分之一的隨機擾動即可。但對於精度較高的solver,機器誤差也能在短時間內讓流動向非對稱轉化

3樓:ADesign漢堡包的包-葉

在低雷諾數的情況下,也是對稱的,只是當流速的增加,才會出現不對稱情況。

其實你可以這樣理解,低速的情況下,流體的不穩定性不太明顯,但在高速情況下,流體的不穩定性被圓柱體放大了,變得特別明顯,直至完全沒有規律。

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