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大風天氣旗桿擺動的原因

打印  發布時間:2021-05-29 10:49:55 點擊:414

近日山東地區遭遇大風天氣,風中來回擺動的旗桿不在少數。那么風到底是如何讓山東旗桿擺動的呢?

答案是:湍流

當旗桿遇到大風時

當旗桿遇到大風時

速極低和風速極高的情況下,旗子的擺動幅度較小。旗桿越大,受湍流影響也越大。

如果一股完全穩定的風吹旗子,旗子依然會動,這跟風速有關。用一個專業名詞,這種現象叫“顫振”。顫振是結構在特定氣流作用下發生自激振動的現象。搞結構的傾向于說這是一種氣動彈性現象,搞流體的傾向于歸結于一種流固耦合現象,這兩種說法并沒有本質差別,都是結構彈性力和空氣動力相互耦合產生的動力學行為。區別于我們常說的“共振”,雖然顫振的發生也跟特定的振動頻率有關,但本質上來說這是一種自激振動現象。

簡單來說,可以把空氣和旗子看作一個系統,在這個系統內流體的能量和結構內能互相傳輸,在風速達到一定值(更準確的描述應該是動壓)時,結構的某一階或某幾階模態會發散,從能量上 表現為吸收了很多空氣做功的能量,這樣整個系統就發散了,呈現出一種劇烈的震蕩。

一般來說,對于越“軟”的結構,發生“顫振”的動壓越低,所以在很低的風速下,旗子就可以發生“顫振”。這里所說的都是穩定氣流作用。類似的,在大型橋梁結構(如美國著名的塔科馬海峽吊橋)、飛行器的機翼結構(如NASA的Helios太陽神無人機)、大型風機葉片等都存在氣動彈性問題,需要對“顫振”現象給予足夠的關注,因為一旦發生顫振,其結果一般是極具破壞性的。

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