Défense de vortex – Wikipedia wiki

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Effet d’écoulement oscillant résultant du fluide passant sur un corps émoussé

Vortex délectant derrière un cylindre circulaire. Dans cette animation, les flux sur les deux côtés du cylindre sont représentés dans différentes couleurs, pour montrer que les tourbillons des deux côtés alternent. Gracieuseté, Cesareo de la Rosa Siqueira.

En dynamique fluide, dédouillage de vortex est un débit oscillant qui a lieu lorsqu’un fluide tel que l’air ou l’eau passe devant un corps bluff (par opposition au rationalisation) à certaines vitesses, en fonction de la taille et de la forme du corps. Dans ce flux, des tourbillons sont créés à l’arrière du corps et se détachent périodiquement de chaque côté du corps formant une rue Kármán Vortex. Le flux de fluide au-delà de l’objet crée des tourbillons à basse pression alternés sur le côté en aval de l’objet. L’objet aura tendance à se déplacer vers la zone à basse pression.

Si la structure du bluff n’est pas montée de manière rigide et que la fréquence de la perte de vortex correspond à la fréquence de résonance de la structure, alors la structure peut commencer à résonner, vibrant avec des oscillations harmoniques entraînées par l’énergie de l’écoulement. Cette vibration est la cause des fils de ligne électrique aérienne fredonnant dans le vent, [d’abord] et pour le flottement des antennes radio de fouet automobile à certaines vitesses. Les cheminées hautes construites en tubes en acier à parois minces peuvent être suffisamment flexibles pour que, dans le flux d’air avec une vitesse dans la plage critique, la perte de vortex peut conduire la cheminée dans des oscillations violentes qui peuvent endommager ou détruire la cheminée.

La perte de vortex a été l’une des causes proposées pour l’échec du pont original de Tacoma Narrows (Galloping Gertie) en 1940, mais a été rejeté parce que la fréquence de l’excrétion du vortex ne correspondait pas à celle du pont. Le pont a en fait échoué par flottement aéroélastique. [2]

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Une promenade frisée, “Vertigo” à Cedar Point à Sandusky, Ohio, a souffert de la perte de vortex pendant l’hiver 2001, provoquant l’effondrement de l’une des trois tours. Le trajet a été fermé pour l’hiver à l’époque. [3] Dans le nord-est de l’Iran, les piles de raffinerie de la raffinerie de gaz naturel de Hashemi-Nejad ont souffert de vortex décomptant sept fois de 1975 à 2003. Certaines simulations et analyses ont été effectuées, ce qui a révélé que la principale cause était l’interaction de la pile de flamme pilote et de fusée. Le problème a été résolu en supprimant le pilote. [4]

Équation gouvernante [ modifier ]]

La fréquence à laquelle la perte de vortex a lieu pour un cylindre infini est liée au numéro de strouhal par l’équation suivante:

Où

S t {displayStyle Mathrm {st}}

est le numéro de Strouhal sans dimension,

F {displaystyle f}

est la fréquence de perte de vortex (s -d’abord ),

D {displayStyle d}

est le diamètre du cylindre (m), et

DANS {DisplayStyle V}

est la vitesse d’écoulement (m s -d’abord ).

Le numéro Strouhal dépend du numéro Reynolds

R C’est {displayStyle Mathrm {re}}

, [5] mais une valeur de 0,22 est couramment utilisée. [6] Plus de quatre ordres de grandeur dans le nombre de Reynolds, de 100 à 100000, le nombre de strouhal ne varie que entre 0,18 et 0,22. [5]

Atténuation des effets de la perte de vortex [ modifier ]]

Une fouille hélicoïdale sur une cheminée

Les carénages peuvent être ajustés à une structure pour rationaliser le flux devant la structure, comme sur une aile d’avion.

Les cheminées métalliques hautes ou d’autres structures tubulaires telles que les mâts d’antenne ou les câbles attachées peuvent être équipés d’une nageoire à tire-bouchon externe (une palette) pour introduire délibérément des turbulences, de sorte que la charge est moins variable et les fréquences de charge résonnantes ont des amplitudes négligeables. [7] L’efficacité des chaînes hélicoïdales pour réduire les vibrations induites par le vortex a été découverte en 1957 par Christopher Scruton et D. E. J. Walshe au National Physics Laboratory en Grande-Bretagne. [8] Ils sont donc souvent décrits comme des chaînes de scruton. Pour une efficacité maximale dans la suppression des tourbillons causés par le débit d’air, chaque nageoire ou palette doit avoir une hauteur d’environ 10% du diamètre du cylindre. La hauteur de chaque nageoire doit être environ 5 fois le diamètre du cylindre. [9]

Un amortisseur de masse réglé peut être utilisé pour atténuer la perte de vortex dans les piles et les cheminées.

Un amortisseur Stockbridge est utilisé pour atténuer les vibrations éoliennes causées par la perte de vortex sur les lignes électriques aériennes.

Voir également [ modifier ]]

Les références [ modifier ]]

  1. ^ L’univers mécanique: mécanique et chaleur, édition avancée , p. 326
  2. ^ K. Billah et R. Scanlan (1991), Resonance, Tacoma Narrows Bridge Fails et Premiergraduate Physics Manuels , American Journal of Physics, 59 (2), 118-124 (PDF)
  3. ^ Maureen Byko (mai 2002). “Les matériaux donnent aux amateurs de montagnes russes une raison de crier” . The Minerals, Metals & Materials Society. Archivé de l’original le 8 février 2007 . Récupéré 2009-02-22 .
  4. ^ “Service d’ingénierie” . Récupéré 2016-06-22 .
  5. ^ un b “Numéro de Strouhan” .
  6. ^ J. P. The Hartog (2013). Vibrations mécaniques . Publications de Douvres. p. 305. ISBN 978-0486131856 .
  7. ^ R. J. Brown. “VIV Lecture” (PDF) .
  8. ^ Scruton, C.; Walshe, D.E.J. (Octobre 1957) “Un moyen d’éviter les oscillations de structures excitées par le vent avec une section transversale circulaire ou presque circulaire” Laboratoire de physique nationale (Grande-Bretagne), rapport aérodynamique 335. (non publié)
  9. ^ “Chaînes hélicoïdales” . Viv Solutions LLC . Récupéré 19 janvier 2017 .

Liens externes [ modifier ]]

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