卡门涡街现象
卡门涡街原理
卡门涡街原理
卡门涡街原理是一种流体动力学现象，指的是在流体穿过一个窄缝或者绕过一
个圆柱体时，会产生一系列的交替旋转的涡流。
这一现象最早由匈牙利科学家卡门在20世纪20年代发现并描述，因此得名为卡门涡街。
卡门涡街原理在工程学和物理学中有着广泛的应用。
在建筑设计中，我们可以
利用卡门涡街原理来减小建筑物受风的阻力，减小风压对建筑物的影响。
在风力发电机的设计中，也可以利用卡门涡街原理来提高风力发电机的效率。
此外，在汽车、飞机等交通工具的设计中，也可以利用卡门涡街原理来减小空气阻力，提高运行效率。
卡门涡街原理的产生机理主要是由于流体在穿过窄缝或者绕过圆柱体时，会形
成交替的压力区和吸力区。
当流体通过窄缝或者绕过圆柱体时，由于流速的增大和减小，会导致压力的变化，从而形成交替的涡流。
这些交替的涡流会产生一种周期性的力，称为卡门涡街力，这种力会影响到流体的运动状态。
在实际应用中，我们可以通过改变窄缝的宽度、改变圆柱体的直径或者改变流
体的流速来控制卡门涡街的产生。
通过合理地设计和控制，我们可以利用卡门涡街原理来达到我们想要的效果，比如减小阻力、提高效率等。
总的来说，卡门涡街原理是一种重要的流体动力学现象，它在工程学和物理学
中有着广泛的应用。
通过对卡门涡街原理的研究和应用，我们可以不断地改进和优化各种工程设计，提高能源利用效率，降低能源消耗，推动工程技术的发展。
希望通过本文的介绍，读者们对卡门涡街原理有了更深入的了解，也能够在实
际应用中更好地利用这一原理，为工程技术的发展做出更大的贡献。
卡门涡街现象的例子
卡门涡街现象的例子
卡门涡街是一种在城市中常见的气象现象，通常出现在高楼大厦间的狭窄街道上。
这种现象在城市中很常见，尤其是在建筑密集的地区，如商业区或市中心。
卡门涡街的特点是街道狭窄，高楼大厦围绕，导致风在街道上形成旋涡状流动，给行人和车辆带来一定的不便和危险。
在卡门涡街中，风速会显著增加，风向也会发生变化，甚至可能出现突然的风暴。
这种气象现象会给行人行走带来困难，可能会造成行人失衡甚至被风吹倒。
对于驾驶车辆的人来说，卡门涡街也会增加驾驶的难度，特别是对于高大车辆或摩托车来说更是如此，容易受到侧风的影响而失控。
一个经典的卡门涡街现象的例子是纽约市的曼哈顿区，特别是在金融区和商业区的一些街道上，由于高楼大厦的密集建设，街道狭窄，风道受限，经常会出现强风和旋涡。
在这些街道上行走或驾驶车辆的人们都会感受到风的强劲和不稳定，需要特别小心谨慎。
另一个例子是香港的中环地区，由于大厦林立，很多街道被高楼大厦所环绕，风道受限，经常会形成卡门涡街。
在这些街道上行走的人们会感受到突然的风暴和风向的变化，可能会对行人和车辆的安全造成一定的影响。
卡门涡街现象的危害不仅在于风的强劲和突然性，还在于风的不稳定性和风向的变化，这可能会给行人和车辆的行驶带来一定的风险。
因此，对于城市中存在卡门涡街现象的街道，建筑设计和规划者应当考虑风道的设置，避免在城市中形成卡门涡街，以确保行人和车辆的安全。
总的来说，卡门涡街现象是城市中的一种常见的气象现象，特别是在高楼大厦密集的地区，这种现象可能会对行人和车辆的行驶造成一定的影响和风险。
因此，建筑设计和规划者应当对卡门涡街现象给予重视，避免在城市中形成卡门涡街，确保城市的安全和稳定。
卡门涡街
现象
在流体中安置阻流体，在特定条件下会出现不稳定的边界层分离，阻流体下游的两侧，会产生两道非对称地排列的旋涡，其中一侧的旋涡循时针方向转动，另一旋涡则反方向旋转，这两排旋涡相互交错排列，各个旋涡和对面两个旋涡的中间点对齐，如街道两边的街灯般，这种现象，称为卡门涡街.
原因
卡门涡街起因流体流经阻流体时，流体从阻流体两侧剥离，形成交替的涡流。
这种交替的涡流，使阻流体两侧流体的瞬间速度不同。
流体速度不同，阻流体两侧受到的瞬间压力也不同，因此使阻流体发生振动。
形成条件
卡门涡街形成的条件：对于在流体中的圆柱体雷诺数（47<Re<105）
涡街频率
卡门涡街频率与流体速度和阻流体（旋涡发生体）宽度有如下关系:
f=SrV/d
f=卡门涡街频率, Sr=斯特劳哈尔数, V=流体速度, d=阻流体迎面宽度
应用及危害(皆利用卡门涡街频率与固有频率相同而共振)
英国物理学家约翰·威廉斯特拉斯·瑞利勋爵最先应用卡门涡街理论，用卡门涡街的交替旋涡解释风弦琴发声的原理。
(原因:风弦琴在十八世纪欧洲流行，在木制共鸣箱上安装几条琴弦，风吹琴弦，产生卡门涡街，卡门涡街频率和琴弦的固有频率发生共振而发声。
)中国古代在风筝上安装竹片，风吹发声如筝，也是卡门涡街原理造成的。
其他例子包括风吹电线发声等等。
德国物理学家古切（F. Gutsche），用卡门涡街解释为什么船舶的螺旋桨在水中发出的声音
建筑物倒塌(危害)。
卡门涡街实验
卡门涡街一、实验现象首先，把小纸条在无风处竖直放置，观察到纸片是静止的。
然后，将吹风机调至低风速档，将纸片放在吹风机下面，风从纸片正上方往下吹，先将纸片放在离吹风口远一点的位置，纸片还是基本静止的；慢慢靠近风口，由于实验存在误差，纸片会有一点微小的摆动，但是纸片的振幅不会太大。
由此可以观察到当风速比较低时，纸片基本上还是静止的。
最后，把吹风机打到高风速挡，这个时候可以观察到纸片中部振幅波动大，后头尾巴会明显摆出。
二、实验原理卡门涡街是流体力学中重要的现象，在自然界中常可遇到。
在一定条件下的定常来流绕过某些物体时，物体两侧会周期性地脱落出旋转方向相反排列规则的双列线涡，经过非线性作用后，形成卡门涡街，如水流过桥墩，风吹过高层楼厦、电视塔捆囱、电线等都部会形成卡门涡街。
一个轴对称的圆形物体受到风的作用，如果风的速度小于某个值，它的流线如下图(a)所示；随着流速的增大在它的尾部出现了一个气流的涡旋（如下图(b)），这个涡旋会脱落，每次脱落的时候它都会交替的出现，尾部的涡在脱落的过程造成的负压力出现周期性的变化，最后出现下图(d)(e)的情况。
三、原理应用实际上，卡门涡街并不全是会造成不幸的事故，它也有很成功的应用。
比如己在工业中广泛使用的卡门涡街流量计，就是利用卡门涡街现象制造的一种流量计。
它将涡旋发生体垂直插入到流体中时，流体绕过发生体时会形成卡门涡街，在满足一定的条件下，非对称涡列就能保持稳定，此时，涡旋的频率f与流体的流速v成正比，与涡旋发生体的正面宽度d成反比，可用公式表示为：f=Stv/d其中St为斯特劳哈尔数，在正常工作条件下为常数。
卡门涡街流量计有许多优点：可测量液体、气体和蒸汽的流量；精度可达±1%(指示值)；结构简单，无运动件，可靠、耐用；压电元件封装在发生体中，检测元件不接触介质；使用温度和压力范围宽，使用温度最高可达400℃；并具备自动调整功能，能用软件对管线噪声进行自动调整。
卡门涡街影响的例子
卡门涡街影响的例子卡门涡街是一种流体力学现象，指的是当流体从一个较宽的管道进入一个较窄的管道时，流体速度增加，压力降低，从而形成的涡旋。
这种现象在日常生活中有很多应用和影响，下面列举了一些例子来说明卡门涡街的影响。
1. 水龙头：当我们打开水龙头，水从水龙头中流出时，我们会发现水流中形成了一个明显的涡旋，这就是卡门涡街现象。
这种涡旋不仅给我们带来了美观的视觉效果，还有助于增大水流的速度，减少水流的压力。
2. 风洞：在航空航天领域中，风洞是模拟空气流动的实验设备。
在风洞中，通过控制空气流动的速度和压力来模拟不同飞行速度下的空气动力学效应。
卡门涡街在风洞中的应用非常广泛，可以帮助研究人员更好地理解空气流动的特性，优化飞行器的设计。
3. 汽车尾部设计：在汽车设计中，尾部的空气动力学特性对汽车的性能和燃油经济性有很大的影响。
卡门涡街的应用使得汽车设计师能够通过合理的尾部设计来减少空气阻力，提高汽车的行驶稳定性和燃油经济性。
4. 水力发电站：在水力发电站中，水流通过水轮机转动发电机产生电能。
为了提高水流的速度和压力，减少能量损失，发电站的水轮机进口一般采用收缩型流道，从而产生卡门涡街现象，以提高发电效率。
5. 船舶设计：在船舶设计中，船体的外形和船底的凹凸设计对船舶的阻力和航行稳定性有很大的影响。
通过合理设计船底的凹凸形状，可以形成卡门涡街，减少船舶的阻力，提高航行速度和燃油经济性。
6. 烟囱设计：在建筑物的烟囱设计中，为了提高烟气的排放效率，减少烟囱内的阻力，常常采用收缩型烟囱设计，通过形成卡门涡街，提高烟气的速度和排放效率。
7. 燃烧器设计：在工业燃烧器的设计中，为了提高燃烧效率和燃烧稳定性，常常采用收缩型燃烧器设计，通过形成卡门涡街，使燃料和空气混合更加均匀，提高燃烧效率和减少污染物排放。
8. 水处理：在水处理领域，卡门涡街的应用可以提高水流的速度和压力，从而增加水处理设备的处理能力，提高水处理效率。
卡门涡街的原理及其应用 (2)
卡门涡街的原理及其应用1. 卡门涡街的原理介绍卡门涡街是由卡门效应（卡门涡街效应）衍生而来的一种现象。
卡门效应是流体力学中的一个重要现象，在流体通过一个圆柱体时会形成旋涡街。
卡门涡街是一种产生周期性旋涡的现象，具有较高的频率和可控性。
2. 卡门涡街的工作原理卡门涡街的工作原理是基于卡门效应。
当流体通过圆柱体时，由于流体的惯性和黏性，会形成一个交替排列的旋涡结构，即卡门涡街。
旋涡的形成和脱落会产生涡旋相关的压力变化，从而加速或减缓流体的流动速度。
3. 卡门涡街的应用卡门涡街作为一种流体控制技术，具有广泛的应用前景。
3.1 消除尾迹卡门涡街可以通过调节圆柱体的形状和流体参数，使得涡旋脱落的频率和幅度控制在合适的范围内。
利用卡门涡街可以有效地消除飞行器、汽车等高速运动物体的尾迹，降低气动阻力和噪声，提高运动物体的效能和稳定性。
3.2 增强传热效率由于卡门涡街的涡旋结构，可以增强传热介质与换热表面的接触，提高传热效率。
因此，卡门涡街在热交换器、反应器等领域有着重要的应用价值。
3.3 减小湍流卡门涡街还可以通过激励的方式减小湍流，提高流体流动的稳定性。
这在风力发电、能源输送等领域具备重要的应用潜力。
4. 卡门涡街的优势和挑战卡门涡街作为一种先进的流体控制技术，具有以下的优势和挑战：4.1 优势•卡门涡街具有较高的可控性和可调节性，可以根据不同的需求进行调整。
•卡门涡街技术相对成熟，已经在多个领域得到了应用验证。
•卡门涡街的应用可以有效降低能耗和环境污染。
4.2 挑战•卡门涡街技术的理论研究和工程应用还有待进一步深入。
•卡门涡街的优化设计和参数选择需要大量的试验和实际操作经验。
•卡门涡街技术的经济性和持续性还需要进一步探索和改进。
5. 结论卡门涡街是一种基于卡门效应的流体控制技术，具有广泛的应用前景。
通过消除尾迹、增强传热效率和减小湍流等方式，卡门涡街可以对流体进行有效控制，提高系统性能和能源利用效率。
尽管卡门涡街技术还面临一些挑战，但相信随着技术的不断进步和创新，卡门涡街技术将在更多领域发挥重要作用。
卡门涡街的原理
卡门涡街的原理卡门涡街是在流体力学领域中研究的重要现象，常被用来解释和描述一系列发生在绕流物体周围的涡旋形成、交替洗涤以及可能的不稳定振动现象。
本文将详细介绍卡门涡街的原理。
卡门涡街最早是由荷兰科学家和工程师泽尔肯（Theodor von Kármán）在1911年发现的。
他在进行实验的过程中发现一个特殊的渠道集合体在流体流过时会形成一系列的涡旋脱落，这些涡旋随着时间的推移周期性地离开流体中心，并在后方以不稳定的方式相互作用。
卡门涡街的形成可归于流体动力学中的不稳定性。
当流体流经绕流物体，比如圆柱体或圆球体时，会发生流体分离现象。
在低速流动条件下，当流体流动到绕流物体的前缘时，由于惯性和黏性的作用，流体流动方向改变，流体会流聚在绕流物体的前面，导致背压增加。
同时，绕流物体后缘附近的背压降低，产生低压区域。
低压区域会吸引高压区域中的流体，导致流体形成一条旋涡，绕流物体后缘附近的低压区域跟着移动。
绕流物体前后出现的高压和低压区域随着流体的移动在空间中周期性地重复，从而形成一系列的旋涡。
卡门涡街的形成与两个主要因素密切相关：雷诺数和卡门编号。
雷诺数（Reynolds number）是一个无量纲数，用于描述流体流动发生的惯性和黏性相互作用。
当雷诺数较低时，流体黏性的作用比惯性作用更加重要，流体流动比较平稳，涡旋形成的机会较少；而当雷诺数较高时，惯性作用比黏性作用更加重要，流体流动相对更加复杂，涡旋形成的机会增加。
卡门编号（Strouhal number）是描述涡旋脱落频率的无量纲数。
卡门涡街中的涡旋脱落频率与流体速度、绕流物体的尺寸等因素有关，卡门编号可以用来表示涡旋脱落频率与这些参数之间的关系。
在具体的实验中，当雷诺数适中，并且绕流物体的尺寸和流体速度也适当时，卡门涡街现象会更加明显。
涡旋脱落频率与流体速度、绕流物体的尺寸之间存在一个特定的关系，这个关系可以通过实验测量得到。
实验中常常利用烟雾或染料追踪流体的流动，通过记录涡旋脱落的频率和相互作用的规律，可以得到卡门涡街的一些重要特性。
认识卡门涡街
认识卡门涡街
卡门涡街（Carman Vortex Street）是一种流体力学现象，是一种稳定的渦旋流，这种流体动力学的现象可以在多种物理系统中观察到，其中包括水流和风流等。
卡门涡街是由匈牙利物理学家Theodor von Karman于1911年在实验中发现，并被命名为卡门涡街。
当有一个绕流物体时，如一个圆柱或一个球体，流体就会分离并形成由交替的不稳定涡流包围的一系列交替的旋涡。
这些涡流在物体的尾部排列并形成卡门涡街。
这种流动的特征是具有一个成对的涡街，在流体中心形成一系列的涡流，并向两侧传播。
卡门涡街的稳定性与物体的 Reynold 数相关，当 Reynold 数小于40时，卡门涡街通常是不稳定的，而当 Reynold 数大于40时，卡门涡街变得更加稳定，成为常见的硬性物体后方的稳定流线。
卡门涡街对工程应用具有重要意义，因为它可以在流体管道和其他流体设备中出现，并对流量、压力和乱流产生影响。
了解卡門渦旋流现象有助于解决很多气流和液流问题，比如飞机尾流的问题等。
此外，在地球大气环境中，卡门涡街也起着重要的作用，它可以影响气候，产生湍流和旋涡，并与天气前缘有很大的关系。
卡门涡街还可以在自然界中观察到，如红晕光彩、旋涡云层等天气现象。
总之，卡门涡街是一种非常重要的流体动力学现象，与工程设计和自然环境中都有密切的关系。
了解和掌握它的原理和应用，能够帮助我们更好地研究和解决与流体力学相关的问题。
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F/A-8大黄蜂战斗机，以超音速飞行时，造成了音爆并在视觉上 产生了烟雾的效果。
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A U.S. Air Force B-2 Spirit and two B117A Nighthawks fly in formation
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Sculpture inside the "Kármán Auditorium" at RWTH Aachen University
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冯·卡门1881年5月11日出生在奥匈帝国 布达佩斯一个犹太家庭，他曾在布达佩斯 的皇家技术大学，也就是现在的布达佩斯 技术经济大学学习工程。1902年毕业后， 他师从于哥廷根大学的路德维希·普朗特, 并在1908年获得博士学位。在哥廷根教了 4年书后，1912年他在德国最好的大学之 一亚琛工业大学的航空动力研究所获得主 任的职位。1915-1918年，在奥匈帝国军 队的服役，中止了他在亚琛工业大学设计 早期直升机的生活，最终他与1930年离开 亚琛工业大学。
穿上消防服张明珠与男兵一起值班。
２０１３年２月，面对舰队水文气象中心和辽宁舰的选择，特招入伍的韦慧晓 将人生抉择的砝码，坚定地压向中国首艘航母。 在院校培训期间，韦慧晓学习了航海专业课程，以全队总分第一的成绩结业。 她刻苦钻研业务，上舰不久已能完成海图作业。２０１３年，她牵头开展的航母‚ 飞行甲板风场特性‛研究，顺利通过总部有关部门的立项。
课外参考系列之一
卡门涡街现象
以此缅怀追求科学真理的先人们; 并向为实现中国梦而奋斗的人们 致以崇高的敬意！
化学与环境工程学院 李强
F-117A
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F－16CJ猎鹰战斗机发射一枚小牛AGM－65D型空对地导弹。
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冯.卡门向普朗特教授报告了他的计算结果 ，并问普朗特对这一现象的看法如何？普朗特 说，‚这里面有些道理，写下来罢，我把你的 论文提交到学院去‛。冯.卡门后来回忆时，对 此事写道：‚这就是我关于这一问题的第一篇 论文。之后，我觉得，我的假定有点太武断。 于是又重新研究一个所有涡旋都能移动的涡系 。这样需要稍微复杂一些的数学计算。经过几 周后，计算完毕，我写出了第二篇论文。有人 问我：‘你为什么在三个星期内提出两篇论文 呢？一定有一篇是错的罢’。其实并没有错， 我只是先得出个粗略的近似，然后再把它细致 化，基本上结果是一样的；只是得到的临界比 的数值并不完全相同‛。
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Theodore von Kármán (1881~1963) 冯•卡门是美藉匈牙利力学家，近代力学的奠 基人之一， 1881 年 5 月 11 日生于匈牙利布达佩斯， 1963年5月7日卒于德国亚琛。他在美国加州理工 学院的研究生中，有中国学者钱学森、郭永怀、 钱伟长，以及美藉华人学者林家翘等，他的学术 思想对中国力学事业的发展起了积极的作用。他 善于透过现象，抓住事物的物理本质，提炼出数 学模型，树立了现代力学中数学理论和工程实际 紧密结合的学风，奠定了现代力学的基本方向。 他做出了许多卓越的成果，接受过许多国家的勋 章，其中包括美国的第一枚国家科学勋章。
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81岁时，冯·卡门成为首个美国国家科学奖章获 得者，在白宫由约翰·肯尼迪总统颁奖。获奖理 由为“他在航空动力学的科学与工程基础的领导 才能”、“在力学各方面的有影响力的教学和相 关贡献以及对于美国军队杰出的帮助”以及“对 于国际科学工程合作的促进”。1963年5月7日他 去世在去亚琛的路上，并葬在帕萨迪娜。他终生 未婚。 冯·卡门的名望源于他用数学工具来研 究流体流动，并通过此来指导实际的设计。
歼-10是我国第 一种装备部队 使用的国产第 三代战斗机， 第一种真正兼 有空优/对地双 重作战能力的 国产作战飞机
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歼-20中国第一款四代战机，也是迄今为止最大的国产战斗机。
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2014年3月2日中午12时左右，中国最新版2011号歼20战机成功首飞。
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2007年美国的“陆地卫星7”号拍摄了这张图片。
这张图片上展示的是冯卡门旋涡，一排旋涡正在交替改变向前运 行的方向。当风或者洋流被小岛或者岛屿挡住去路时，就会形成 这种图形。该图片中的这些旋涡是在经过太平洋北部向东运行过 程中，遇到阿留申群岛时形成的。
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一个航母梦，让副航海长韦慧晓毫 不犹豫地选择了海军。 这位毕业于中山大学地球科学系的 博士生在自荐信里写道：‚给我一个能 到部队服役的机会，定当矢志不渝，精 忠报国！‛ 知名企业工作过、西藏支教过、北 京奥运当过志愿者、‚广东五四青年奖 章‛获得者……韦慧晓的经历让同学羡 慕，选择却让同学惊诧。 ‚我热爱航母事业。‛韦慧晓说， ‚只要让我留下来，不发工资也行。‛
President Kennedy honors Dr. von Kármán
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他在认识到现代喷气飞机中普遍存在的后 掠翼的重要性方面起到重要作用。他是工 程力学和航空技术的权威，对于二十世纪 流体力学、空气动力学理论与应用的发展， 尤其是在超声速和高超声速气流表征方面， 以及亚声速与超声速航空、航天器的设计， 产生了重大影响。
匈牙利发行的冯· 卡门纪念邮票， 以卡门涡街为背景。
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边界层理论与卡门涡街
1911 年，冯 · 卡门在 德国哥廷根大学空气动 力学家路德维希 · 普朗特 手下任助教。当时普朗 特正研究边界层现象， 他让一位攻读博士学位 的研究生卡尔 · 希门茨设 计一个流水槽，以便观 察流水经过一个圆柱体 时的边界层，并要求希 门茨测量圆柱体表面上 不同点的压力。希门茨 发现圆柱体表面的压力 并非如预期的平稳，而 是剧烈地振动。
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什么是卡门涡街 （Kármán vortex street）现象？
在流体中安置阻流体，在特定条件下 在阻流体下游的两侧，会产生两道非对称 地排列的旋涡，其中一侧的旋涡顺时针方 向转动，另一旋涡则反时针旋转，这两排 旋涡相互交错排列，各个旋涡和对面两个 旋涡的中间点对齐，如街道两边的街灯排 列一样。 这种现象，因匈牙利裔美国空气动力 学家西奥多·冯·卡门最先从理论上阐明 而得名卡门涡街。
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2014年3月2日中午12时左右，中国最新版2011号歼20战机成功首飞。
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歼-31中国第一款五代战机。
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歼-31中国第一款五代战机。
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冯·卡门在1930年接受了加州理工学院的古 根罕空气动力学实验室主任职位并移民到美 国。1936年，和弗兰克·马利纳及杰克·柏 尔逊一起成立了一个名为航空喷气公司来生 产喷气助推起飞火箭发动机。 二战中德国人的行动引起了美国军方对于火 箭研究的兴趣。1943年初，美国将英国情报 部门关于德国火箭射程达到 100 英里 (160 公 里 ) 的报告给冯·卡门。在 1943 年 8 月 2 日的 一封信中，冯卡门向军方提出他对于德国项 目的分析以及评价。
F-35美国第一款五代战机。
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我国第一艘航空母舰“辽宁舰”，2012.925在大连造船厂正式交付海 军。 (68) 23:25:35 15 1-X 卡门涡街现象
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航母建设承载着民族振兴的梦想，吸引了大批优秀人才。首批航母舰员中，具有 本科以上学历的军官达到98%以上，博士硕士也有50余人。“先进的装备需要 高素质的人才。
23:25:35 1-X 卡门涡街现象(68) 2323:25:35源自1-X 卡门涡街现象(68)
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他将这个情况向普朗特汇报，普朗特说， ‚你的圆柱体显然不圆‛。希门茨细心将圆柱体 磨了又磨，测了又测，不见改进。冯〃卡门走过 实验室时不在意地问道：‚卡尔，怎么样了‛？ 卡尔答道‚还是摆动‛，过几天又问：‚卡尔， 怎么样了？‛，‚还是振动得厉害‛。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 只有一个涡旋可以自由活动，其他所有的涡旋都 固定不动。然后让这一涡旋稍微移动一下位臵， 看看计算出来会有什么样的结果。