Dietro un corpo i vortici si distaccano alternativamente ed esercitano su di esso una forza laterale oscillante. La frequenza è data dal numero adimensionale di Strouhal (St = f·D/U), che per un cilindro circolare resta intorno a 0,2 su un ampio intervallo di Reynolds [1].
Perché è utile
Come verifica di progetto. Se la frequenza di distacco è vicina a una frequenza propria della struttura esiste un rischio di risonanza. È la causa classica di danno nei tubi degli scambiatori di calore, nelle ciminiere e nei pali, e negli elementi dei ponteggi.
Come verifica del calcolo. Se una soluzione transitoria non riproduce il numero di Strouhal atteso, la causa di solito non è la fisica ma la griglia: la scia è risolta troppo grossolanamente, oppure la diffusione numerica ha smorzato i vortici. È uno dei test di verifica più economici che esistano.
Requisiti di modellazione
Lo stazionario non basta. Il fenomeno è transitorio per definizione; una soluzione stazionaria restituisce una scia simmetrica e quindi errata. Vedi la nota su stazionario o transitorio.
Non usare un piano di simmetria. La scia non è simmetrica; un modello a metà impedisce il distacco e restituisce una forza laterale nulla. Vedi la nota sulla simmetria.
Il passo temporale dalla frequenza. Almeno venti passi per periodo di distacco. Un'oscillazione campionata con cinque passi perde la propria ampiezza.
Tridimensionalità. Oltre un certo numero di Reynolds i tubi vorticosi si disgregano lungo l'apertura; un modello bidimensionale sovrastima nettamente l'ampiezza dell'oscillazione.
Lock-in
Se il corpo è libero di vibrare e la frequenza di distacco si avvicina alla sua frequenza propria, il distacco si aggancia alla frequenza strutturale e l'ampiezza cresce. A quel punto non è più un problema monodirezionale. Vedi la nota sull'interazione fluido-struttura.
Riferimenti
- Williamson, C. H. K. (1996). Vortex dynamics in the cylinder wake. Annual Review of Fluid Mechanics, 28, 477–539. DOI: 10.1146/annurev.fl.28.010196.002401
- Menter, F. R. (1994). Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications. AIAA Journal, 32(8), 1598–1605. DOI: 10.2514/3.12149