le nombre de strouhal en mécanique des fluides un guide complet
Comprendre le nombre de Strouhal en mécanique des fluides
Le nombre de Strouhal (St) est un nombre sans dimension qui décrit les mécanismes d'écoulement oscillant. Nommé d'après Vincent Strouhal, le nombre de Strouhal est essentiel dans l'étude de la dynamique des fluides, en particulier dans des phénomènes comme le décollement tourbillonnaire, les échangeurs de chaleur et la conception des aubes de turbine. Le nombre de Strouhal est donné par la formule :
St = fL / VIci, f est la fréquence caractéristique des oscillations, L est une longueur caractéristique (comme le diamètre d'un cylindre) et V est la vitesse d'écoulement. Le nombre de Strouhal qui en résulte est sans unité et donne un aperçu de la nature de l'écoulement et de ses caractéristiques oscillatoires.
Décomposition de la formule
- f : il s'agit de la fréquence de décollement tourbillonnaire ou d'oscillation mesurée en hertz (Hz ou 1/s).
- L : cette longueur caractéristique est généralement mesurée en mètres (m).
- V : la vitesse d'écoulement est mesurée en mètres par seconde (m/s).
Exemples de calculs
Considérons un cylindre de diamètre L = 0,05 mètre dans un écoulement de fluide avec V = 2 m/s et la fréquence de décollement tourbillonnaire, f = 10 Hz :
- f = 10 Hz
- L = 0,05 m
- V = 2 m/s
Le nombre de Strouhal est calculé comme suit :
St = (10 * 0,05) / 2 = 0,25Un nombre de Strouhal de 0,25 indique une dynamique d'écoulement oscillatoire, courante dans les structures cylindriques soumises à un écoulement de fluide.
Applications concrètes
Le nombre de Strouhal est particulièrement utile en ingénierie et en sciences de l'environnement. Par exemple, les ingénieurs en rotors d'hélicoptères, en ailes d'avions et en ponts doivent tenir compte des nombres de Strouhal pour éviter les effets de résonance qui pourraient conduire à une défaillance structurelle. De même, les animaux aquatiques comme les poissons et les dauphins ont évolué pour maintenir des nombres de Strouhal optimaux pour une propulsion efficace.
FAQ
R : Pour la formation de tourbillons autour d'un cylindre circulaire, le nombre de Strouhal se situe généralement entre 0,2 et 0,3.
Q : Comment le nombre de Strouhal affecte-t-il ma conception technique ?R : Lors de la conception de structures exposées à l'écoulement de fluides, le maintien d'un nombre de Strouhal cohérent permet de prédire les forces oscillatoires, ce qui contribue à prévenir la résonance et la défaillance structurelle.
Conclusion
Le nombre de Strouhal est un aspect fondamental de la mécanique des fluides qui a un impact significatif sur la conception et l'analyse de divers systèmes d'ingénierie exposés à l'écoulement de fluides. Comprendre son utilisation et ses implications peut aider à créer des conceptions plus efficaces et plus sûres.