簡(jiǎn)介
馮卡門渦流是一種交替旋轉(zhuǎn)方向的氣流漩渦。這種氣流漩渦與形成于超流體內(nèi)部的漩渦結(jié)構(gòu)存在某種關(guān)聯(lián)性。前者只需要普通的溫度環(huán)境，而后者需要?jiǎng)t需要極低的溫度。實(shí)驗(yàn)室使用液態(tài)汞來創(chuàng)造出極低的溫度，形成超導(dǎo)態(tài)。在這種極端的情況下，電子的流動(dòng)突然變成毫無阻礙了，稱之為超流體�？ㄩT渦流是 流體力學(xué)中重要的現(xiàn)象，在自然界中�？捎龅剑谝欢l件下的定常來流繞過某些物體時(shí)，物體兩側(cè)會(huì)周期性地脫落出旋轉(zhuǎn)方向相反、排列規(guī)則的雙列線渦，經(jīng)過非線性作用后，形成卡門渦流。如水流過橋墩，風(fēng)吹過高塔、 煙囪、電線等都會(huì)形成卡門渦街�？ㄩT渦街有一些很重要的應(yīng)用，因此有必要了解其研究歷史及有關(guān)的應(yīng)用情況。
發(fā)現(xiàn)人
馮·卡門（Theodore von Kármán 1881~1963）是美藉匈牙利力學(xué)家，近代力學(xué)的奠基人之一，1881年5月11日生于匈牙利 布達(dá)佩斯，1963年5月7日卒于德國(guó)亞琛。他在美國(guó) 加州理工學(xué)院的研究生中，有中國(guó)學(xué)者 錢學(xué)森、 郭永懷、 錢偉長(zhǎng)，以及美藉華人學(xué)者林家翹等，他的學(xué)術(shù)思想對(duì)中國(guó)力學(xué)事業(yè)的發(fā)展起了積極的作用。他善于透過現(xiàn)象，抓住事物的物理本質(zhì)，提煉出數(shù)學(xué)模型，樹立了現(xiàn)代力學(xué)中數(shù)學(xué)理論和工程實(shí)際緊密結(jié)合的學(xué)風(fēng)，奠定了現(xiàn)代力學(xué)的基本方向。他做出了許多卓越的成果，接受過許多國(guó)家的勛章，其中包括美國(guó)的第一枚國(guó)家科學(xué)勛章。
脫落頻率
研究表明，在Re=200~15000的范圍內(nèi)，圓柱體后面的漩渦不斷周期性均勻脫落，漩渦的脫落頻率f與來流速度U成正比，與圓柱體直徑d成反比。而當(dāng)Re>1000時(shí)，斯特勞哈爾數(shù)近似等于常數(shù)0.21。此時(shí)脫落頻率f與來流速度成正比，渦街流量計(jì)就是根據(jù)這一原理，通過測(cè)出流場(chǎng)中繞流 圓柱體的漩渦的脫落頻率，從而測(cè)量出流速和流量。
引發(fā)的共振
如果渦街的交替脫落頻率與物體的聲學(xué)駐波頻率相重合，還會(huì)出現(xiàn)共振。工業(yè)上的預(yù)熱器、 鍋爐等多由圓管組成，流體繞流圓管時(shí)，卡門渦街的交替脫落會(huì)引起預(yù)熱器箱中氣柱的振動(dòng)，如果渦街的交替脫落頻率與物體的聲學(xué)駐波頻率相重合，就會(huì)引發(fā)聲學(xué)共振，使管箱激烈振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)，預(yù)熱器管箱振鼓錯(cuò)開，甚至破裂。如果改變管箱和氣體的固有頻率，使之與卡門渦街的脫落頻率錯(cuò)開，避免發(fā)生共振，則可防止設(shè)備的破壞。
形成之謎
如果越來越接近 開氏溫標(biāo)（零下273攝氏度或者460華氏度），液態(tài)的氦-4就變成了超流體的狀態(tài)了。并呈現(xiàn)出 螺旋、卷曲狀態(tài)，這個(gè)莫名其妙的表征已經(jīng)困擾了科學(xué)家近一個(gè)世紀(jì)。但是，目前由一組華盛頓大學(xué)的物理學(xué)家主導(dǎo)的研究小組，使用強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)對(duì)超流體的物理行為進(jìn)行模擬。得出的結(jié)論是：這些現(xiàn)象都源于一種亞原子顆粒即費(fèi)米子。 基本粒子中所有的物質(zhì)粒子都是費(fèi)米子，包括電子、 質(zhì)子和中子等等，而目前最新的研究發(fā)現(xiàn)：在 中子星內(nèi)部就是一種超流態(tài)，以每秒幾轉(zhuǎn)至1千轉(zhuǎn)速率進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的中子星或者脈沖星，而這種超流態(tài)的表面行為與地球上 馮卡門漩渦確有著較大的區(qū)別。然而，隨著旋轉(zhuǎn)速度的增加，就會(huì)在產(chǎn)生類似三角形的結(jié)構(gòu)，而這些三角形結(jié)構(gòu)中又會(huì)出現(xiàn)一系列小的漩渦。這些三角形以及小漩渦共同構(gòu)成了超流體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如果以不同的速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，又會(huì)產(chǎn)生不同相對(duì)大小的漩渦。