Memahami Frekuensi Jalan Vortex Kármán di Dinamika Fluida

Dinamika Fluida: Memahami Frekuensi Kármán Vortex Street

Pernahkah Anda bertanya-tanya bagaimana cara memprediksi frekuensi pusaran bergantian yang terbentuk di belakang objek dalam aliran fluida? Nah, semuanya bermuara pada fenomena menarik yang dikenal sebagai Kármán Vortex Street. Di sinilah fisika bertemu dengan seni - membentuk pola berputar yang dapat merusak sekaligus memesona. Berikut adalah eksplorasi tentang cara mengukurnya!

Pendahuluan tentang Kármán Vortex Street

Kármán Vortex Street terjadi saat fluida, seperti udara atau air, mengalir melewati objek silinder, menciptakan pusaran bergantian di kedua sisinya. Ini bukan sekadar keingintahuan akademis; ini dapat memiliki implikasi praktis, seperti bagaimana sebuah jembatan dapat bergetar atau bagaimana cerobong asap mengeluarkan suara.

Rumus Frekuensi Jalan Pusaran Kármán

Untuk menghitung frekuensi (f) dari pusaran ini, kami menggunakan rumus berikut:

Rumus:f = (St × U) / D

Di mana:

f = Frekuensi pelepasan pusaran (Hertz, Hz)
St = Angka Strouhal (tanpa dimensi)
U = Kecepatan aliran (meter per detik, m/s)
D = Panjang karakteristik, biasanya diameter silinder (meter, m)

Rincian Parameter

Mari selami lebih dalam apa yang diwakili oleh masing-masing nilai ini.

Angka Strouhal (St)

Angka Strouhal mencerminkan karakteristik frekuensi pelepasan pusaran. Nilainya bergantung pada angka Reynolds (Re), yang merupakan ukuran rezim aliran di sekitar objek. Untuk masalah teknik yang umum, St kira-kira 0,21 untuk objek silinder.

Kecepatan Aliran (U)

Kecepatan fluida yang mengalir melewati objek. Ini adalah penentu utama seberapa cepat pusaran berganti.

Panjang Karakteristik (D)

Ini umumnya adalah diameter silinder yang menyebabkan jalan pusaran. Dalam soal-soal praktis, Anda mengukurnya secara langsung menggunakan penggaris atau jangka sorong.

Implementasi Rumus

Sekarang, mari kita lihat rumus dalam format fungsi panah JavaScript:

(st, u, d) => {
if (st <= 0 || u <= 0 || d <= 0) return "Nilai masukan tidak valid";
return (st * u) / d; }

Contoh Perhitungan

Untuk membuatnya lebih nyata, mari kita bahas beberapa contoh perhitungan:

Contoh 1

Dengan asumsi kita memiliki batang silinder berdiameter 0,05 meter yang ditempatkan di terowongan angin dengan kecepatan angin (U) 15 meter per detik, dan angka Strouhal (St) diketahui 0,21:

U = 15 m/s
D = 0,05 m
St = 0,21

Frekuensi dapat dihitung sebagai:

f = (0,21 × 15) / 0,05 = 63 Hz

Ini berarti pusaran akan bergantian 63 kali per detik di belakang batang.

Contoh 2

Sekarang, mari kita pertimbangkan skenario lain di mana kita memiliki tiang berdiameter 0,1 meter di sungai dengan kecepatan aliran 10 meter per detik dan St masih 0,21:

U = 10 m/s
D = 0,1 m
St = 0,21

Frekuensinya menjadi:

f = (0,21 × 10) / 0,1 = 21 Hz

Dalam kasus ini, pusaran terlepas 21 kali per detik.

Aplikasi Praktis Kármán Frekuensi Jalanan Vortex

Fenomena ini bukan hanya teoritis; ia memiliki aplikasi di dunia nyata:

Teknik: Menghindari resonansi pada struktur seperti jembatan dan gedung pencakar langit.
Studi Lingkungan: Memahami pola aliran fluida di sekitar terumbu karang dan penghalang buatan.
Penerbangan: Mengelola aliran udara di sekitar pesawat untuk mengurangi kebisingan dan meningkatkan efisiensi.

Fakta Menarik

Tahukah Anda bahwa prinsip yang sama dapat membantu menjelaskan mengapa kabel listrik bergoyang tertiup angin atau bagaimana ikan memanfaatkan pusaran untuk berenang lebih efisien? Jalan Pusaran Kármán merupakan gerbang menuju beberapa fenomena fisik yang menarik.

Pertanyaan Umum (FAQ)

T: Berapakah bilangan Strouhal?

J: Bilangan Strouhal adalah bilangan tak berdimensi yang menggambarkan mekanisme aliran berosilasi, khususnya frekuensi pelepasan pusaran dalam kaitannya dengan kecepatan aliran dan panjang karakteristik.

T: Mengapa pelepasan pusaran terjadi?

J: Pelepasan pusaran terjadi karena pemisahan aliran di atas suatu objek, yang mengakibatkan pusaran bertekanan rendah bergantian di sisi berlawanan dari objek.

T: Apakah Jalan Pusaran Kármán dapat berbahaya?

J: Ya, jika frekuensi pelepasan pusaran bertepatan dengan frekuensi alami struktur, hal itu dapat menyebabkan resonansi dan potensi kerusakan struktural. kegagalan.

Kesimpulan

Jalan Pusaran Kármán merupakan aspek dinamika fluida yang menarik dengan implikasi praktis di berbagai bidang. Memahami cara menghitung frekuensi pelepasan dapat membantu para insinyur, ilmuwan, dan penggemar mengelola serta memanfaatkan efeknya.

Tags: Dinamika Fluida, Pelepasan Pusaran, Rekayasa

jalan:
U:
D: