【流体力学】たかが円柱されど円柱 - カルマン渦はなぜできるか？【fluid mechanics】
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- Опубликовано: 29 янв 2021
- たかが円柱ですが，空気を流すと意外に複雑な現象が起きます．
レイノルズ数46を超えるとカルマン渦が発生することは有名ですが，なぜ発生するかは意外と知らなかったです．
Though a cylinder has very simple shape, the flow around it is unexpectedly complex.
Shows simulations of flow around a cylinder,
and why the Karman vortex street occur?
【Twitter】
/ parapi_fluid
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Наука
解説ありがとうございます
擾乱が円柱後方にとどまり続けるというのは非常に面白いですね．どんな擾乱を加えたのか，論文を探して呼んでみます．わかりやすい解説ありがとうございました．
keep it up
深せんの高層ビルの揺れもカルマン渦によるものだったのでしょうね。
カルマン渦の対称性崩壊には地球のコリオリ力が働いている気がする。
🦊おもしろいですね。
昔、NHKが円柱構造のラジオ放送所の空中線鉄柱（アンテナ）が共振して振動、金属が疲労破壊しないようにどうすればいいのか研究をしていましたが、このような話は興味があります(^ ^
流体振動ですね．難しそうです．鉄柱設置場所の風速とアンテナの固有振動数を考えながら共振を割けるアンテナを設計する感じでしょうか．
流体の歴史は比較的近代なんですね。
そうですね、わりと近代ですね。シミュレーション分野にいたってはここ数十年の話ですね。
素晴らしい動画ありがとうございます。
すみませんが、CFDにて円柱のドラッグクライシス現象の再現法をご教授頂いてもよろしいでしょうか？
メッシュのせいなのかなかなかできませんでした💦
私はやったことないですけど、モデル化が適切なら、乱流に遷移するとされるレイノルズ数前後でCFD実施すれば抵抗の差を再現できるんじゃないでしょうか。モデル化は論文探して真似たらいいと思います。
下流側の擾乱が渦発生に影響を与えることは知りませんでした。
今までの認識では、後流にできた対称な渦が、上流側の何らかの擾乱をきっかけとして交互にできると認識しておりましたが、その可能性もあると思いますか。
その可能性もあると思います．私見ですが，結局のところ，交互渦や渦無し等の任意の流れ場＋任意の擾乱を初期条件として擾乱方程式を解き，擾乱が流れ去りさえしなければカルマン渦に移行するんだと思います．
参考にした文献では円柱より下流に速度のパルス擾乱を与えてその行方をシミュレーションし，後端が留まることを示してました．→www.kurims.kyoto-u.ac.jp/~kyodo/kokyuroku/contents/pdf/1776-03.pdf
ミレニアム問題の「3次元空間と（1次元の）時間の中で、初期速度を与えると、ナビエ-ストークス方程式の解となる速度ベクトル場と圧力のスカラー場が存在して、双方とも滑らかで大域的に定義される。」と関係するのですか？
ミレニアム問題はNS方程式に解析解が存在するかどうかの話だから、カルマン渦と直接は関係ないという認識です。
ってことは、解析時に一様流に擾乱を加えなくても適当な時間ステップで一点に擾乱を与えるだけでカルマン渦が生成され、維持されるんですかね？数値散逸の影響はありそうですが、もしかしたらできるのか？
私も同じ意見です。そもそも動画の解析では擾乱を入れる設定はしておらず、にも関わらずカルマン渦が生成されてるので、数値誤差が擾乱の役割を担ってるのかな？と予想してます。数値誤差の元はは打ち切りや丸めなど複数あるので、評価は難しそうですね。
分かりやすく面白かったです。。擾乱とは正体はなんなんでしょうか？
ある定常状態に対する変動を指すのかなと考えています。カルマン渦の場合は、定常状態は円柱の存在しない一様流で、擾乱は円柱が存在することによる流れの変動、といったところでしょうか。
@@FluidMechanicsView なるほどです
止まっている車に風をあてるのと、止まっている空気に車を突っ込むのとではどれくらい空気の流れに差が出ますか？
両者の車と空気の相対速度は同じですが、車と地面（or空気と地面）の相対速度が違います。なので、地面付近の流れは全く違って、地面から離れるにつれ差は小さくなりそうですね。
DNSで流れ場の正解は分かっても何故そうなるかはＣＦＤをやっただけでは分かりませんね。まだまだナビエストークス方程式を人類が制する時代は遠そうです。
遠そうですね。流れは難しいです。
超音速流れの場合は，擾乱源の線形増幅と移流はどちらが大きいのでしょうか．
考えてみたのですが、分かりませんでした。超音速流れ中の物体の後流にもカルマン渦が発生することはあるようなのですが、発生機構が亜音速流れと同じかどうかは分かりません。
@@FluidMechanicsView ありがとうございます．確かに発生機構は同じとは言えないですね．亜音速では擾乱があらゆる方向から瞬時に伝播するのに対し，超音速では衝撃波を超えて伝播することはないですからね．
私の考えでは，高マッハ数であることから対流の効果が強く，渦の種が発生してもすぐ流されてしまう気がします．
旗を上から見て風が当たった時のものを想起したんですけどこれは関係ありますか?
はい。旗のなびきもカルマン渦によるものです。
@@FluidMechanicsView なるほど、回答ありがとうございます。
加えて訊きたいんですが、カルマン渦は円柱など柱状のものに対して起こるらしいですけど障害物が球や立方体の場合、立体的なカルマン渦などができたりするんですかね?
カルマン渦と呼ぶのかは分かりませんが、渦はできます。円柱もある程度の軸長さがあると、渦が立体的になった気がします。
円柱ではなく空洞の物体、例えば蓋の開いたペットボトルの底側から風を当てた場合、ペットボトルの飲み口付近で発生したカルマン渦がペットボトルの内側に入り込む現象は起こるのでしょうか？
それ面白いですね！考えたことなかったです。私見としては、飲み口付近で発生した渦が多少入り込むぐらいなら起きそうですが、カルマン渦として定常的に内側に入っていくとは考えにくいですね。
@@FluidMechanicsView さま
回答ありがとうございます。参考に致します。m(__)m
円柱や球体の風洞実験動画や資料は良く目にするのですが、円柱を横にしたモデルは見かけません。個人的には、
茶筒のような片側が解放（開口）状態の物体の、流れとカルマン渦の動きが見てみたいのですが、なかなか見つかりません。
@@monmusi004jp 円柱を横にしちゃうと、後端から発生する渦構造も3次元的になりそうですよね（そうなると最早カルマン渦と呼べるかも疑問です）。見つからない原因として、開口の有無よりもその構造に注目が行きがち、というのもあるかもしれません。
@@FluidMechanicsView さま
確かにそうですね。乱れてしまいますね。ロケット型で探してみようと思います
@@FluidMechanicsView さま
すみません。流体力学についてひとつ質問しても宜しいでしょうか？
上でペットボトルの口付近の流れについて質問いたしましたが、口付近で起こる現象として、
「穴（ペットボトルの口）の外周ほど高速流れに近く低圧になります。そのため穴外周部では吸出し流れが発生します。
一方、穴の中央部ほど速度が低いため外周部に比べ負圧が小さくなります。これにより、穴中央部は吸い込み流れが生じます。」
流体力学上、上記の現象と説明は正しいでしょうか？
場違いでもあり、無視して頂いても構いません。もしアドバイス頂戴できれば幸いです。よろしくお願いします。
コメント失礼します。
畑作農家をしております。農地に浅く穴を開けると、渦が発生し渦の発生する場所はとても良い土になっていきます。そういった3D形状の解析は可能でしょうか？
解析できると思います。
@@FluidMechanicsView お願いしたいのですが、打ち合わせ出来ないでしょうか？
受託解析はやっていませんので、お受けできないです。
@@FluidMechanicsView そうでしたか、ご丁寧にありがとうございました。
流体が空気、水、油、水銀では?
動粘数係数ね?