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カルマン渦について質問です。 流れを受ける柱、または翼などの直径、形状などが...

chi********さん

2010/6/915:12:54

カルマン渦について質問です。
流れを受ける柱、または翼などの直径、形状などが変化した場合に、
渦の出方、頻度にどのような影響があるのでしょうか?
現在文献などを調査中なのですがなかなかわからず困っています。

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yon********さん

編集あり2010/6/1222:54:51

貴方に流体力学の基礎知識があることを信じて説明します。

柱、または翼でカルマン渦を説明すると大変なので、まず円柱の場合の渦の出方、頻度について説明をします。

まず渦の出方についてですが、これはRe数(レイノルズ数)、つまり流速・直径・流体の種類に依存していると言っていいと思います。
Re数が小さい場合(Re<10^2)、粘性力が強く支配する世界なので渦が生成されません。
水飴をイメージ!(Re数=慣性力/粘性力)
Re数がある程度小さく(Re=10^3~10^4)、安定した層流のせん断層が物体の後方に放出される場合、
せん断層はある間隔で断続的に巻き込まれ、下流に進むに従って安定した渦を生成します。(カルマンの渦列)
Re数がある程度大きい場合(Re数が10^5を過ぎた辺り)、カルマンの渦列は不安定で、下流で崩壊し不規則な乱流の渦になりやすいです。
Re数が大きい場合、不規則な乱流。カルマン渦の面影すらありません。
補足:Re数はあくまで目安程度にとらえて下さい。

分かりづらいですが、渦の出方の説明はこれで勘弁して下さい。

続いて円柱の場合の渦の頻度ですが
これはSh数(ストロハル数)(Strouhal number)で与えられています。
Sh数はRe=10^3~10^4において、渦が発生する周波数N(1/s)の時、円柱の直径D,主流の速度Uを用いた無次元周波数です。
(Sh数は実験結果から得られる経験則です。)

Sh=ND/U≒0,202 (0,202は円柱のみにあてはまります。)

この式からわかるように主流速を一定とすうならば、直径が増えると渦の頻度は減ります。
しかし、直径が増えるとRe数が増えるので渦の出方が変わるかもしれません。
ですので、渦の出方、頻度を考える際はRe数とSh数の関係性を吟味する必要があると思います。

これで円柱の渦の出方、頻度について大雑把に説明できたと思う・・・

次に出題者さんが言う柱、翼などのような形状の違いによる渦の出方や頻度ですが
もし、柱・翼の後方からカルマン渦ににた現象が見られるなら円柱の場合での説明と同じような考え方でいいと思います。

最後に参考文献ですが、柱に関して言えば論文などで多くの方が投稿していると思うので、調べればすぐに見つかると思います。
または水理学関連の教科書にも載ってる(?)かもしれません。まー論文探した方が速いかもです。
しかし翼に関していうと、カルマン渦に関する資料は見つからないのではないでしょうか?
というのも、そもそも風車や飛行機の運転中に翼からカルマン渦ができるという話を私は聞いた事がないので(カルマン渦は生成されないと思います。)研究してる人がいるとは考えづらいからです。

以上です。

何か聞きたいことがあったら、貴方の質問欄に書き足してくれれば
返答しますよ^^

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