斯特劳哈尔数计算器

斯特劳哈尔数 (St) 是一个无量纲数，用来描述流体流动中物体尾流中涡旋脱落的频率。它将涡旋脱落频率 (f) 与流速 (v) 和物体的特征长度 (L) 关联起来。这一数对于理解和预测流体动力现象至关重要，例如物体在流动中遇到的升力和阻力。

历史背景

斯特劳哈尔数以捷克物理学家文森特·斯特劳哈尔命名，他在 19 世纪 70 年代研究了圆柱形物体在流动中产生的哨声，并发现了这些声音频率与流动速度之间的关系。此后，这一关系已在流体动力学中广泛应用于描述物体周围流动中的振荡行为。

计算公式

斯特劳哈尔数的计算公式如下：

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

其中：

• \(St\) 为斯特劳哈尔数，
• \(f\) 为涡旋脱落频率（以赫兹为单位），
• \(L\) 为物体的特征长度（以米为单位），
• \(v\) 为流速（以米/秒为单位）。

计算示例

如果一条鱼的尾鳍在频率为 2 赫兹、特征长度为 0.1 米、水流速度为 1 米/秒的水中振荡，则斯特劳哈尔数计算如下：

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

重要性和使用场景

斯特劳哈尔数在广泛应用的设计和分析中使用，包括优化生物启发的推进系统中的能量效率、研究建筑物和桥梁上的风荷载，以及分析医学研究中的血流。它有助于理解流体-结构相互作用并预测旋涡脱落产生的力和模式。

常见问题解答

1. 斯特劳哈尔数告诉我们什么？

   • 斯特劳哈尔数深入解析了流动中钝体的涡旋脱落的稳定性和模式。一定范围内的稳定 St 数表示旋涡的规则模式，这对于预测结构上的振荡力非常重要。

2. 斯特劳哈尔数如何影响水生动物的推进？

   • 水生动物（比如鱼和鲸类）使用多种斯特劳哈尔数高效推进，优化了能量消耗与产生的推力之间的平衡。研究表明，在自然界中游泳和飞行的最高效率有一个最佳斯特劳哈尔数范围。

3. 斯特劳哈尔数能够预测结构产生的噪音吗？

   • 可以，斯特劳哈尔数可以用来预测当结构（如烟囱和电缆）受风力时涡旋脱落产生的声音频率。这对于设计结构以最大程度减少噪音污染至关重要。

此计算器有助于理解和应用斯特劳哈尔数，使其成为流体动力学及相关领域的学生、工程师和研究人员的宝贵工具。