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卡門渦街是流體力學(xué)中重要的現(xiàn)象。 在自然界中常可遇到，在一定條件下的定常流繞過某些物體時(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，形成卡門渦街。 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。 馮·卡門（Theodore von Kármán 1881~1963 超聲速時(shí)代之父）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6日卒于德國(guó)亞琛。
哈依門茲做好了水槽，但出乎意外的是在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)在水槽中的水流不斷地發(fā)生激烈的擺動(dòng)。
Ø周末，馮·卡門用粗略的運(yùn)算方法，試計(jì)算了一下渦系的穩(wěn)定性。他假定只有一個(gè)渦旋可以自由活動(dòng)，其他所有的渦旋都固定不動(dòng)。然后讓這一渦旋稍微移動(dòng)一下位置，看看計(jì)算出來會(huì)有什么樣的結(jié)果。
u馮·卡門得到的結(jié)論是：如果是對(duì)稱的排列，那么這個(gè)渦旋就一定離開它原來的位置越來越遠(yuǎn)；而對(duì)于反對(duì)稱的排列，雖然也得到同樣的結(jié)果，但當(dāng)行列的間距和相鄰渦旋的間距有一定比值對(duì)，這渦旋卻停留在它原來位置的附近，并且圍繞原來的位置作微小的環(huán)形路線運(yùn)動(dòng)。
u馮·卡門自己后來在書中寫道：“我并不宣稱，這些渦旋是我發(fā)現(xiàn)的。早在我生下來之前，大家已知道有這樣的渦旋。
u我最早看到的是意大利Bologna教堂中的一張圖畫。圖上畫著St.Christopher抱著幼年的耶穌涉水過河。畫家在Christopher的赤腳后面，畫上了交錯(cuò)的渦旋。”
u馮·卡門自己后來在書中寫道：“我并不宣稱，這些渦旋是我發(fā)現(xiàn)的。早在我生下來之前，大家已知道有這樣的渦旋。
u我最早看到的是意大利Bologna教堂中的一張圖畫。圖上畫著St.Christopher抱著幼年的耶穌涉水過河。畫家在Christopher的赤腳后面，畫上了交錯(cuò)的渦旋。”
u1940年，美國(guó)華盛頓州的塔科瑪峽谷上花費(fèi)640萬美元，建造了一座主跨度853.4米的懸索橋。建成4個(gè)月后，于同年11月7日碰到了一場(chǎng)風(fēng)速為19米/秒的風(fēng)。雖風(fēng)不算大，但橋卻發(fā)生了劇烈的扭曲振動(dòng)，且振幅越來越大（接近9米），直到橋面傾斜到45度左右，使吊桿逐根拉斷導(dǎo)致橋面鋼梁折斷而塌毀，墜落到峽谷之中。
u當(dāng)時(shí)正好有一支好萊塢電影隊(duì)在以該橋?yàn)橥饩芭臄z影片，記錄了橋梁從開始振動(dòng)到最后毀壞的全過程，它后來成為美國(guó)聯(lián)邦公路局調(diào)查事故原因的珍貴資料。人們?cè)谡{(diào)查這一事故收集歷史資料時(shí)，驚異地發(fā)現(xiàn)：從1818年到19世紀(jì)末，由風(fēng)引起的橋梁振動(dòng)己至少毀壞了11座懸索橋。
u馮·卡門1954年在《空氣動(dòng)力學(xué)的發(fā)展》一書中寫道：塔科瑪海峽大橋的毀壞，是由周期性旋渦的共振引起的。
u設(shè)計(jì)的人想建造一個(gè)較便宜的結(jié)構(gòu)，采用了平鈑來代替桁架作為邊墻。不幸，這些平鈑引起了渦旋的發(fā)放，使橋身開始扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。這一大橋的破壞現(xiàn)象，是振動(dòng)與渦旋發(fā)放發(fā)生共振而引起的。
u20世紀(jì)60年代，經(jīng)過計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，證明了馮·卡門的分折是正確的。塔科瑪橋的風(fēng)毀事故，是流體流經(jīng)邊墻時(shí)，產(chǎn)生了卡門渦街；
u卡門渦街后渦的交替發(fā)放，會(huì)在物體上產(chǎn)生垂直于流動(dòng)方向的交變側(cè)向力，迫使橋梁產(chǎn)生振動(dòng)，當(dāng)發(fā)放頻率與橋梁結(jié)構(gòu)的固有頻率相耦合時(shí)，就會(huì)發(fā)生共振，造成破壞。
u實(shí)際上，卡門渦街并不全是會(huì)造成不幸的事故，它也有很成功的應(yīng)用。
Ø比如己在工業(yè)中廣泛使用的卡門渦街流量計(jì)（VSF），就是利用卡門渦街現(xiàn)象制造的一種流量計(jì)。
u它將渦旋發(fā)生體垂直插入到流體中時(shí)，流體繞過發(fā)生體時(shí)會(huì)形成卡門渦街，在滿足一定的條件下，非對(duì)稱渦列就能保持穩(wěn)定。
u渦街流量計(jì)（VSF）是20世紀(jì)中期發(fā)展的流量計(jì)，它具有以下一些特點(diǎn)：
Ø可得到與流量成正比的頻率輸出信號(hào)；
Ø被測(cè)流體本身即為振動(dòng)體，故無機(jī)械可動(dòng)部件；
Ø幾乎不受流體組成、密度、粘度、壓力等因素的影響，適用介質(zhì)范圍廣；
Ø精度高（理論上可達(dá)到0.1%）；
Ø與節(jié)流流量計(jì)相比它的壓力損失小流量量程比寬（理論上可超過 38 ：1 ）。
u實(shí)際上，卡門渦街并不全是會(huì)造成不幸的事故，它也有很成功的應(yīng)用。
Ø比如己在工業(yè)中廣泛使用的卡門渦街流量計(jì)（VSF），就是利用卡門渦街現(xiàn)象制造的一種流量計(jì)。
u它將渦旋發(fā)生體垂直插入到流體中時(shí)，流體繞過發(fā)生體時(shí)會(huì)形成卡門渦街，在滿足一定的條件下，非對(duì)稱渦列就能保持穩(wěn)定。
u由于以上的優(yōu)點(diǎn)，在渦街問世之初，受到了國(guó)內(nèi)外流量工作者的廣泛重視，并被看成新一代流量計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。
Ø但是，由于當(dāng)時(shí)電子及計(jì)算機(jī)發(fā)展水平的限制，渦街流量計(jì)的實(shí)際水平一直差強(qiáng)人意，并沒有得到很好地發(fā)展。
u總的來看，目前渦街流量計(jì)主要存在有抗震性差、量程比不夠寬（特別是小流量計(jì)量不準(zhǔn)）、適用介質(zhì)有一定的限制等缺點(diǎn)，這也是阻礙渦街發(fā)展應(yīng)用的主要問題所在，怎樣提高渦街的整體性能，提高渦街的可靠性是渦街發(fā)展應(yīng)用中的根本問題。
u渦街發(fā)生體、檢測(cè)元件、信號(hào)處理放大電路組成
Ø以三角型發(fā)生體為最佳型體
Ø旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)律的旋渦 ，隨介質(zhì)流量增大頻率增大，同時(shí)旋渦的力度也增強(qiáng)，并且研究表明旋渦力度的大小與旋渦頻率的平方成正比增長(zhǎng)
u為了得到旋渦的頻率，從而計(jì)算出流體流量，需要使用檢測(cè)元件來測(cè)量。
Ø熱敏電阻
Ø應(yīng)變片
Ø壓電晶體
Ø差動(dòng)電容
Ø超聲波
u旋渦發(fā)生體
Ø能控制旋渦在旋渦發(fā)生體軸線方向上同步分離
Ø在較寬的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，有穩(wěn)定的旋渦分離點(diǎn)，保持恒定的斯特勞哈爾數(shù)
Ø能產(chǎn)生強(qiáng)烈的渦街，信號(hào)的信噪比高
Ø形狀和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于加工和幾何參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，以及各種檢測(cè)元件的安裝和組合
Ø材質(zhì)應(yīng)滿足流體性質(zhì)的要求，耐腐蝕，耐磨蝕，耐溫度變化
Ø固有頻率在渦街信號(hào)的頻帶外
卡門渦街流量計(jì)的來歷和發(fā)展過程 來源http://www.wzlawxsbh.com/
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