Calculateur de nombre de Strouhal

Le nombre de Strouhal (St) est un nombre sans dimension décrivant la fréquence de détachement des tourbillons dans le sillage d'un corps dans un écoulement de fluide. Il relie la fréquence de détachement des tourbillons (f) à la vitesse de l'écoulement (v) et à une longueur caractéristique (L) du corps. Ce nombre est crucial pour comprendre et prédire les phénomènes de dynamique des fluides, tels que les forces de portance et de traînée subies par le corps dans l'écoulement.

Contexte historique

Le nombre de Strouhal est nommé d'après le physicien tchèque Vincenc Strouhal, qui a étudié dans les années 1870 les sifflements produits par les objets cylindriques dans un écoulement et a découvert la relation entre la fréquence de ces sons et la vitesse de l'écoulement. Cette relation a depuis été largement appliquée en dynamique des fluides pour caractériser le comportement oscillatoire des écoulements autour des objets.

Formule de calcul

La formule de calcul du nombre de Strouhal est donnée par :

\[ St = \frac{fL}{v} \]

où :

• \(St\) est le nombre de Strouhal,
• \(f\) est la fréquence de détachement des tourbillons (en Hz),
• \(L\) est la longueur caractéristique du corps (en mètres),
• \(v\) est la vitesse de l'écoulement (en m/s).

Exemple de calcul

Si la nageoire caudale d'un poisson oscille à une fréquence de 2 Hz, avec une longueur caractéristique de 0,1 mètre, dans de l'eau s'écoulant à 1 m/s, le nombre de Strouhal est calculé comme suit :

\[ St = \frac{2 \times 0.1}{1} = 0.2 \]

Importance et scénarios d'utilisation

Le nombre de Strouhal est utilisé dans la conception et l'analyse d'un large éventail d'applications, notamment l'optimisation de l'efficacité énergétique des systèmes de propulsion bio-inspirés, l'étude des charges de vent sur les bâtiments et les ponts, et l'analyse du flux sanguin dans la recherche médicale. Il permet de comprendre l'interaction fluide-structure et de prédire les forces et les schémas de détachement des tourbillons.

FAQ courantes

1. Que nous indique le nombre de Strouhal ?

   • Le nombre de Strouhal fournit des informations sur la stabilité et le schéma de détachement des tourbillons derrière un corps émoussé dans un écoulement. Un nombre St stable dans une certaine plage indique un schéma régulier de tourbillons, ce qui est important pour prédire les forces oscillatoires sur les structures.

2. Comment le nombre de Strouhal affecte-t-il la propulsion chez les animaux aquatiques ?

   • Les animaux aquatiques, tels que les poissons et les cétacés, utilisent une gamme de nombres de Strouhal pour une propulsion efficace, optimisant le compromis entre l'énergie qu'ils dépensent et la poussée qu'ils génèrent. Des études ont montré qu'il existe une plage de nombres de Strouhal optimale pour une efficacité maximale de la natation et du vol dans la nature.

3. Le nombre de Strouhal peut-il prédire le bruit généré par les structures ?

   • Oui, le nombre de Strouhal peut être utilisé pour prédire la fréquence du son généré par le détachement des tourbillons des structures, telles que les cheminées et les câbles, lorsqu'elles sont soumises au vent. Ceci est crucial pour concevoir des structures afin de minimiser la pollution sonore.

Ce calculateur facilite la compréhension et l'application du nombre de Strouhal, ce qui en fait un outil précieux pour les étudiants, les ingénieurs et les chercheurs impliqués dans la dynamique des fluides et les domaines connexes.