广告

引发虎门大桥异常振动的卡门涡街,还能发电!

2020-05-13 朱磊 阅读:
引发虎门大桥异常振动的卡门涡街,还能发电!
4月26日,武汉鹦鹉洲长江大桥像波浪一样起伏,吓煞一众路人。一波未平一波又起,5月5日,广东虎门大桥也出现大幅摇晃,瞬间引发网友们热议。其实,鹦鹉洲长江大桥和虎门大桥的摆动都与风有关,罪魁祸首正是风产生的卡门涡街。

近日,广东虎门大桥出现大幅摇晃,瞬间引发网友们热议。其实早在4月26日,武汉鹦鹉洲长江大桥像波浪一样起伏,就曾吓煞一众路人。wZHednc

wZHednc

虎门大桥大幅摆动,图自央视网新闻wZHednc

wZHednc

作为中国自行设计建造的第一座现代化特大型悬索桥,虎门大桥被认为是我国二十世纪桥梁建设领域的最高成就,其建成通车不过二十年,按照我国桥梁建设动辄一百年的规划标准,基本可排除存在设计缺陷的可能性。wZHednc

其实,鹦鹉洲长江大桥和虎门大桥的摆动都与风有关,罪魁祸首正是风产生的卡门涡街。wZHednc

下面让我们一起来了解一下这个神奇的卡门涡街吧!wZHednc

卡门涡街是什么鬼?

如果徜徉在小桥流水间,你一定会发现,当河水流速较快时,水流在遇到桥墩后会被分成两股绕行。奇妙的是,两股水流并不对称,而是呈现出两组交替的小漩涡向下游运动。wZHednc

比如这样:wZHednc

wZHednc

卡门涡街示意图(图片来源:维基百科)wZHednc

类似上面这种流体绕过物体时产生两排交错涡旋的现象,在流体力学中被称为卡门涡街,最初由钱学森的导师冯·卡门发现并命名。至于为何两排涡旋不对称,至今仍是困扰流体力学家的一个迷。wZHednc

日常生活中,当风吹过桥面时大多都会形成卡门涡街,两组周期性的、交替变化的涡旋分别对桥面上下产生作用力,桥面就随之振动起来。wZHednc

由于桥面通常设计成流线型,两组涡旋紧贴桥面,作用力较小,引起的振动幅度很小,平时很难被察觉到。wZHednc

然而,近期人们在对虎门大桥进行维护时,在桥面上放置了一排隔离挡板。这些一米多高的小家伙瞬间破坏了大桥的气动外形,两组涡旋与桥面脱离,作用力的大小和频率都增大,一旦作用频率与桥梁本身固有频率一致而形成共振,桥面产生显著起伏也就不足为奇了。wZHednc

wZHednc

虎门大桥桥面放置的隔离挡板改变了大桥气动外形(图片来源:央视网新闻)wZHednc

卡门涡街有何危害?

卡门涡街常常对桥梁造成危害,其中最经典的案例莫过于美国塔科马大桥的坍塌。wZHednc

1940年11月,建成仅4个月的塔科马大桥在低速风中发生强烈摆动,振动幅度一度达到惊人的9米,随后桥梁轰然垮塌坠入海中。后来的研究表明,事故元凶正是卡门涡街引起的共振。wZHednc

塔科马大桥的坍塌震惊了当时的桥梁界,此后桥梁模型风洞测试被纳入桥梁试验中,桥梁的风致振动问题也发展成为一门新兴学科。wZHednc

wZHednc

塔科马大桥垮塌瞬间(图片来源:搜狐)wZHednc

值得一提的是,卡门涡街似乎对悬索桥情有独钟,鹦鹉洲长江大桥、虎门大桥与塔科马大桥均为悬索桥。悬索桥,即俗称的吊桥,由于无需在桥中心设置桥墩,可以造得很高,常用于跨水大桥的设计中,以便船舶自由通行。wZHednc

但悬索桥却有个先天的毛病——固有频率低、稳定性差,因此它对风载荷非常敏感,很容易受到卡门涡街的影响。wZHednc

不过,自塔科马大桥之后,现代悬索桥在建设前都会考虑抗风振设计,建成后也会安装桥梁变形实时监测系统,因而行经悬索桥时大可不必恐慌。wZHednc

wZHednc

悬索桥是卡门涡街最为偏爱的桥梁(图片来源:中资路桥)wZHednc

除了桥梁,卡门涡街还可能给高楼、烟囱等建筑带来安全隐患,在中央广播电视塔、东方明珠电视塔建造前,都曾考虑了卡门涡街的因素。wZHednc

卡门涡街的妙用

事物总有两面性,卡门涡街也并非无恶不作,它同样能够为人所用。wZHednc

既然卡门涡街可以对物体施加周期性的作用力,何不用它来发电呢?哈尔滨工程大学的科研人员就设计了这样一种发电装置。wZHednc

他们制作的迎风桶在风的吹拂下可产生卡门涡街,周期性作用于放大板,使其做往复摆动,从而带动发电机转子旋转,切割磁感线产生电流。wZHednc

此外,人们研究流水中的卡门涡街后进一步发现,在障碍物两侧形成的涡旋交替频率与被阻塞的流量成正比,因此发明了涡街流量计,用以测量管道内的流量。wZHednc

如今,涡街流量计已被广泛应用于工业生产中。wZHednc

wZHednc

涡街流量计原理示意(图片来源:instrumentationtools)wZHednc

看到这里,你是不是对卡门涡街有了一个更全面的认识呢?wZHednc

这种神奇的现象催生了一门新的学科,也同样能够被人类所利用哦~wZHednc

(本文授权转载自公众号蝌蚪五线谱,责编:Demi Xia)wZHednc

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
您可能感兴趣的文章
  • 抖音也要造芯片?官方回应:假的! 媒体称,抖音正联合指纹识别IC厂神盾研发AI芯片,预期首发客户是OPPO,量产时间将落在2021年初。对此,抖音方面对此回应称,“信息不实,没有研发AI手机芯片。”为何如此不靠谱的新闻也能被广泛传阅引起关注?
  • 深圳电动货车追尾起火致驾驶员身亡,疑似热失控自燃 虽然目前事故和起火的原因还在进一步调查中,但此次事故引起大家广泛关注的一点是:从事故现场来看,电动货车的车头与前面类似校车的大巴车发生了追尾,但却引起电动货车中部的底盘下方起火,这个位置通常设计有电动车电池,这也意味着极有可能是动力电池热失控后发生大火……
  • 金刚石基氮化镓将在下一代功率器件中大展拳脚 GaN器件已广泛用于光电子、RF和汽车领域。金刚石基GaN的主要市场则是防御雷达和卫星通信,目前也已开始针对5G基站应用进行大规模生产。
  • 是什么原因促使台积电在美国设置新晶圆厂? 就在台积电于5月15日宣布美国晶圆厂的消息之后不久,美国商务部宣布对其第二大客户──华为(Huawei)旗下的中国IC设计业者海思(HiSilicon)祭出新禁令;业界人士认为,这两桩事件都与美国的出口管制政策有关……
  • 宁德时代:比亚迪刀片电池不一定安全 比亚迪集团董事长兼总裁王传福表示,刀片电池永远不存在“自燃”,不过,同为国内电池巨头的宁德时代却提出了不一样的看法。
  • 广东暴雨暴露新能源汽车痛点,泡水后多数整车只能报废 即便这些新能源汽车的涉水性能良好,也不能长时间浸泡,因为大部分车厂都按IP67的标准来处理三电系统,但车辆的其它部分零件并不一定达到这么高标准。比如真空泵的通气孔等其它部分零部件和电气设备极有可能扛不住。
相关推荐
    广告
    近期热点
    广告
    广告
    广告
    可能感兴趣的话题
    广告
    向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了