大自然中的“卡門渦街”
2019年03月14日 文章來源：科技日報
你聽說過“卡門渦街”現(xiàn)象嗎？當水流過橋墩，風吹過高塔、煙囪、電線、島嶼時就可能會形成卡門渦街，它是一連串交替分布的美麗漩渦，是大自然的杰作?？ㄩT渦街是流體力學中的現(xiàn)象，得名于著名力學家馮?卡門。
1911年，物理學家路德維希?普朗特讓一位攻讀博士學位的研究生哈依門茲設計一個流水槽，以便觀察流水經(jīng)過一個圓柱體時的邊界層，并測量圓柱體表面不同點的壓力。哈依門茲做好水槽后卻發(fā)現(xiàn)水槽中的水流不斷地發(fā)生劇烈振動，幾次嘗試后仍不見改善。
哈依門茲在水槽實驗中遭遇的難題引起了馮?卡門的注意，他想，也許振動并非偶然，而是由內(nèi)在原因決定的，于是便嘗試從理論上進行思考，研究漩渦的排列規(guī)律。起初馮?卡門設想圓柱體后的水流形成兩道對稱排列但方向相反的漩渦，然而這種狀態(tài)并不能維持，很快就不穩(wěn)定了。于是他又假設兩道漩渦交錯排列，計算結果表明這種狀態(tài)能夠維持。在經(jīng)過了大量的實驗后，馮?卡門發(fā)表了相關論文，他關于卡門渦街的理論也被后來的實驗證實。
卡門渦街不僅會在圓柱體后出現(xiàn)，也可能會在其他形狀的物體后形成，如可在高層大樓、電視發(fā)射塔、煙囪等建筑物后形成，這些建筑物受風作用而引起的振動倒塌往往也可能與卡門渦街有關。所以，在設計高層建筑物時，往往會進行計算和風洞模型測試，以避免因卡門渦街導致建筑物被破壞。
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