Strouhal číslo - Strouhal number

v rozměrová analýza, Strouhal číslo (Svatý, nebo někdy Sr vyhnout se konfliktu s Stantonovo číslo ) je bezrozměrné číslo popisující oscilační mechanismy toku. Název parametru je Vincenc Strouhal, český fyzik, který v roce 1878 experimentoval s dráty víření a zpívat ve větru.^[1][2] Strouhalovo číslo je nedílnou součástí základů mechanika tekutin.

Strouhalovo číslo se často uvádí jako

${ displaystyle { text {St}} = { frac {fL} {U}},}$

kde F je frekvence víření, L je charakteristická délka (například hydraulický průměr nebo tloušťka profilu křídla ) a U je rychlost proudění. V určitých případech, jako je zvedání (ponor), je tato charakteristická délka amplitudou oscilace. Tento výběr charakteristické délky lze použít k rozlišení rozdílu mezi Strouhalovým číslem a sníženou frekvencí:

${ displaystyle { text {St}} = { frac {ka} { pi c}},}$

kde k je snížená frekvence, a A je amplituda zvedající se oscilace.

Strouhalovo číslo (Sr) jako funkce Reynoldsova čísla (R) pro dlouhý kruhový válec.

U velkých Strouhalových čísel (řádově 1) dominuje viskozita nad tokem tekutiny, což vede ke kolektivnímu oscilačnímu pohybu „zátky“ tekutiny. Pro nízká Strouhalova čísla (řádově 10⁻⁴ a níže), vysokorychlostní, kvazi-ustálená část pohybu ovládá oscilaci. Oscilace na středních Strouhalských číslech je charakterizována hromaděním a rychlým následným vylučováním vírů.^[3]

Pro koule s rovnoměrným tokem v Reynoldsovo číslo rozsah 8 × 10² 5 existují současně dvě hodnoty Strouhalova čísla. Nižší frekvence je přičítána velké nestabilitě probuzení, je nezávislá na Reynoldsovo číslo Re a je přibližně 0,2. Vysokofrekvenční Strouhalovo číslo je způsobeno nestabilitami malého rozsahu od oddělení smykové vrstvy.^[4][5]

Aplikace

Metrologie

v metrologie konkrétně axiální průtokoměry, Strouhalovo číslo se používá v kombinaci s Roshko číslo poskytnout korelaci mezi průtokem a frekvencí. Výhodou této metody oproti metodě kmitočtu / viskozity oproti K-faktoru je to, že bere v úvahu teplotní účinky na měřič.

${ displaystyle { text {St}} = { frac {f} {U}} C ^ {3},}$

kde

F = frekvence měřiče,

U = průtok,

C = lineární koeficient roztažnosti materiálu pouzdra měřiče.

Tento vztah ponechává Strouhala bezrozměrný, i když se často používá bezrozměrná aproximace C³, což má za následek jednotky pulzů / objem (stejné jako K-faktor).

Pohyb zvířat

U plavání nebo létajících zvířat je Strouhalovo číslo definováno jako

${ displaystyle { text {St}} = { frac {f} {U}} A,}$

kde,

F = frekvence kmitání (úder ocasu, mávání křídly atd.),

U = průtok,

A = amplituda oscilace mezi špičkami.

Při letu zvířat nebo plavání je propulzní účinnost vysoká v úzkém rozsahu Strouhalových konstant, obvykle vrcholí v rozmezí 0,2 [6] Tato řada se používá při plavání delfínů, žraloků a kostnatých ryb a při křižování ptáků, netopýrů a hmyzu.^[6] U jiných forem letu se však nacházejí jiné hodnoty.^[6] Poměr intuitivně měří strmost úderů při pohledu ze strany (např. Za předpokladu pohybu stacionární tekutinou) - F je frekvence úderů, A je amplituda, tedy čitatel fA je poloviční svislá rychlost špičky křídla, zatímco jmenovatel PROTI je horizontální rychlost. Graf špičky křídla tedy tvoří přibližnou sinusoidu s aspektem (maximálním sklonem) dvakrát Strouhalskou konstantou.^[7]

Viz také

• Aeroelastický flutter
• Froude číslo - Bezrozměrné číslo definované jako poměr setrvačnosti toku k vnějšímu poli
• Kármán vír ulice - Opakující se vzor vířících vírů způsobený nestabilním oddělením toku tekutiny kolem tupých těl
• Machovo číslo - Poměr rychlosti objektu pohybujícího se kapalinou a místní rychlosti zvuku
• Reynoldsovo číslo - Bezrozměrné množství používané k předpovědi vzorců proudění tekutin
• Rossbyho číslo - Poměr setrvačné síly k Coriolisově síle
• Weberovo číslo - Bezrozměrný počet v mechanice tekutin, který je často užitečný při analýze toků tekutin, kde existuje rozhraní mezi dvěma různými tekutinami
• Womersley číslo - Bezrozměrné vyjádření pulzující frekvence proudění ve vztahu k viskózním účinkům

Reference

externí odkazy

• Vincenc Strouhal, Ueber eine besondere Art der Tonerregung^{[trvalý mrtvý odkaz ]}