Calle vórtice

Vortex street (también el camino de Karman en honor a Theodore Karman ): cadenas de vórtices que se observan cuando el fluido o el gas fluyen alrededor de cuerpos cilíndricos extendidos (u otros perfiles linealmente alargados y poco aerodinámicos) con un eje longitudinal perpendicular a la dirección de movimiento del continuo. medio.

La separación de vórtices ocurre a su vez en ambos lados del cuerpo; después del desprendimiento, los vórtices forman dos cadenas detrás del cuerpo, la dirección de rotación de los vórtices en una cadena es opuesta a la dirección de rotación en la otra.

El fenómeno se puede observar solo en valores limitados del número de Reynolds (por ejemplo, para cilindros, el rango se extiende de 47 a 10 5 ). Las dimensiones de la pista dependen del tamaño del cuerpo aerodinámico y existe una relación lineal entre el ancho de la pista y la distancia entre los vórtices adyacentes.

Como con cualquier flujo turbulento , el cuerpo experimenta resistencia, que aumenta con el ancho de la pista.

En tecnología

Los caudalímetros de vórtice utilizan el hecho de que la frecuencia de vórtice f en primera aproximación es proporcional a la velocidad del flujo v y depende del criterio adimensional Sh ( número de Strouhal ) y el ancho de desprendimiento d [1] [2] :

La medición de la frecuencia de las ondas provocadas por el desprendimiento de los vórtices permite determinar la velocidad del flujo sin contacto.

Los carriles de vórtice también son responsables de la vibración de las cuerdas en el arpa eólica .

Sin embargo, en su mayor parte, el desprendimiento a gran escala de vórtices alrededor de piezas de máquinas y estructuras de ingeniería es un problema técnico debido al riesgo de falla estructural. Por ejemplo, tres de las ocho torres de refrigeración de la central eléctrica de Ferrybridgese derrumbó el 1 de noviembre de 1965 debido al desprendimiento de vórtices provocado por el viento a una velocidad de 130 km/h [3] . La formación de una calle de vórtice se debe al balanceo de estructuras de gran altura: torres , rascacielos , chimeneas . Especialmente peligroso es el balanceo resonante , en el que la frecuencia de formación de vórtices coincide o está cerca de la frecuencia mecánica natural de las oscilaciones horizontales de la estructura, lo que a menudo conduce a la destrucción, por lo tanto, al diseñar tales estructuras, el modelado se utiliza soplando modelos. en túneles de viento .

Para evitar la formación de una calle de vórtice, se utilizan varias técnicas:

• Una placa larga y plana está unida al cuerpo aerodinámico, ubicado a lo largo del flujo desde el lado opuesto al flujo que se aproxima. Esta placa evita la interacción de los vórtices que se desprenden a ambos lados del cilindro y, por lo tanto, debilita la pista. Esta técnica es aplicable solo en aquellos casos en los que la dirección del flujo no cambia con respecto al cuerpo aerodinámico.

• Se agregan " spoilers " a las torres cilíndricas , una especie de hilo de rosca gigante. Estos detalles evitan la formación de un flujo bidimensional y el desprendimiento alternativo de vórtices [4] . Una técnica similar se utiliza en el diseño de antenas de automóviles.
• El diámetro de la estructura varía en altura, lo que conduce a una frecuencia diferente de desprendimiento de vórtices a diferentes alturas y, por lo tanto, evita el desprendimiento sincrónico de vórtices a lo largo de toda la altura de la estructura.

En los casos en que es imposible suprimir la formación de una calle de vórtice cambiando la forma aerodinámica, por ejemplo, cuando el viento fluye alrededor de los cables de las líneas eléctricas, las vibraciones y las vibraciones de los cables, que provocan roturas de cables en los puntos de su fijación a aisladores, son suprimidas por amortiguadores de vibraciones especiales.

Datos adicionales

Antes de Karman, N. E. Zhukovsky , mientras estudiaba la paradoja de Dubois ("Sobre la paradoja de Dubois", 1891). Lo notó como una cadena de vórtices formados cuando una corriente de agua fluye alrededor de una placa plana instalada perpendicularmente al flujo. Se llamó la atención porque la cadena de vórtices detrás de la placa difería del patrón observado cuando la placa misma se movía en agua tranquila.

Notas

1. ↑ Kremlevsky P.P. Caudalímetros y contadores de cantidad de sustancias. Directorio. - Ed. 5º, per. y adicional .. - San Petersburgo. : Mashinostroenie, 2002. - 409 p. - 3000 copias.
2. ↑ Kiyasbeyli A. Sh., Perelshtein M. E. Instrumentos de medición Vortex. - M. : Mashinostroenie, 1978. - 152 p.
3. ↑ Ford, David N. Cuando falla la tecnología: desastres tecnológicos significativos, accidentes y fallas del siglo XX  / Neil Schlager. — Investigación de vendaval, 1994. - Pág  . 267 -270. - ISBN 0-8103-8908-8 .
4. ↑ ¿Qué son los spoilers y por qué se necesitan en las chimeneas? (enlace no disponible) . Consultado el 24 de noviembre de 2013. Archivado desde el original el 5 de octubre de 2016. (indefinido) 

Literatura

• Vortex path // Gran Enciclopedia Soviética  : [en 30 volúmenes]  / cap. edición A. M. Projorov . - 3ra ed. - M.  : Enciclopedia soviética, 1969-1978.

diccionarios y enciclopedias	gran noruego Britannica (en línea)
En catálogos bibliográficos	TIERRA : 4163337-4