卡门涡街效应与“不起眼的瓶子”

摘要

以流体力学卡门涡街原理为理论基础,对2020年度国际青年物理学家竞赛设计题“不起眼的瓶子”针对性地开展了相关力学设计分析。基于自主搭建的高速纹影测试系统并结合CFD高保真数值仿真计算方法解释了该实验现象背后隐藏的流体力学机理。研究结果表明:在不同工况条件下,高速纹影系统很好地捕捉了蜡烛附近流场变化特征,揭示了圆柱瓶子后方气流流动最大速度大于瓶子前方气流流动初始速度,气流流经瓶子进行绕流产生卡门涡街导致蜡烛熄灭;结合仿真计算结果揭示了该实验在不放置瓶子时气流可以吹灭蜡烛,相同条件下放置瓶子时依然可以吹灭蜡烛原因。