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大风天气旗杆摆动的原因

打印  发布时间:2021-05-29 10:49:55 点击:162

近日山东地区遭遇大风天气,风中来回摆动的旗杆不在少数。那么风到底是如何让山东旗杆摆动的呢?

答案是:湍流

当旗杆遇到大风时

当旗杆遇到大风时

速极低和风速极高的情况下,旗子的摆动幅度较小。旗杆越大,受湍流影响也越大。

如果一股完全稳定的风吹旗子,旗子依然会动,这跟风速有关。用一个专业名词,这种现象叫“颤振”。颤振是结构在特定气流作用下发生自激振动的现象。搞结构的倾向于说这是一种气动弹性现象,搞流体的倾向于归结于一种流固耦合现象,这两种说法并没有本质差别,都是结构弹性力和空气动力相互耦合产生的动力学行为。区别于我们常说的“共振”,虽然颤振的发生也跟特定的振动频率有关,但本质上来说这是一种自激振动现象。

简单来说,可以把空气和旗子看作一个系统,在这个系统内流体的能量和结构内能互相传输,在风速达到一定值(更准确的描述应该是动压)时,结构的某一阶或某几阶模态会发散,从能量上 表现为吸收了很多空气做功的能量,这样整个系统就发散了,呈现出一种剧烈的震荡。

一般来说,对于越“软”的结构,发生“颤振”的动压越低,所以在很低的风速下,旗子就可以发生“颤振”。这里所说的都是稳定气流作用。类似的,在大型桥梁结构(如美国著名的塔科马海峡吊桥)、飞行器的机翼结构(如NASA的Helios太阳神无人机)、大型风机叶片等都存在气动弹性问题,需要对“颤振”现象给予足够的关注,因为一旦发生颤振,其结果一般是极具破坏性的。