ストロゥハル数計算機

ストローハル数 \(St\) は、流体中の物体の後流における渦の発生する周波数を示す無次元数です。それは渦の発生周波数 \(f\) を流速 \(v\) と物体の特徴的な長さ \(L\) に関連させます。この数値は、流れの中で物体が経験する揚力や抗力などの流体の振る舞いの理解と予測に不可欠です。

歴史的背景

ストローハル数は、1870年代に流れの中の円筒状の物体によって生み出される笛のような音声を研究し、これらの音声の周波数と流速の関係を発見した、チェコの物理学者ヴィンツェンツ・ストローハルにちなんで名付けられました。この関係はそれ以来、物体まわりの流れの振動挙動を表す流体工学において幅広く適用されています。

計算式

ストローハル数を計算するための公式は次のとおりです。

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

ここで、

• \(St\) はストローハル数、
• \(f\) は渦発生周波数（Hz）、
• \(L\) は物体の特徴的な長さ（メートル）、
• \(v\) は流速（m/s）。

計算例

1 m/s の水中で、魚の尾びれが 0.1 メートルの特徴的な長さで 2 Hz の周波数で振動する場合、ストローハル数は次のように計算されます。

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

重要性と利用シーン

ストローハル数は、バイオインスパイア推進システムにおけるエネルギー効率の最適化、建造物や橋への風の荷重の研究、医学研究における血液の流動解析など、広範囲の応用の設計と解析に使用されます。流体構造相互作用を理解し、渦発生の力とパターンを予測するのに役立ちます。

よくある質問

1. ストローハル数は何を教えてくれますか？

   • ストローハル数は、流れの中の突起物体後方の渦の発生の安定性とパターンに関する洞察を与えます。特定の範囲内の安定した St 数は、構造物にかかる振動力を予測するために重要な、渦の規則的なパターンを示します。

2. ストローハル数は水棲動物の推進力にどのように影響しますか？

   • 魚類や鯨類などの水棲動物は、エネルギー消費と発生する推力とのトレードオフを最適化して、効率的な推進のためにさまざまなストローハル数を利用します。研究によると、自然界の水泳や飛行において最大効率を発揮する最適なストローハル数範囲があることが示されています。

3. ストローハル数は構造物から発生する騒音を予測できますか？

   • はい、ストローハル数は構造物（煙突やケーブルなど）からの渦の発生によって発生する音の周波数を予測するために使用できます。これにより、騒音公害を最小限に抑える構造物を設計することができます。

この計算機は、ストローハル数の理解と応用を容易にし、流体工学とその関連分野に従事する学生、エンジニア、研究者にとって貴重なツールです。