Струхаля число [по имени чешского учёного В. Струхаля (Строугаль, V. Strouhal)], подобия критерий нестационарных движений жидкостей или газов. Характеризует одинаковость протекания процессов во времени: Sh=l/vt=wl/v, где l, v – характерный линейный размер и скорость течения, t – характерный для нестационарного движения промежуток времени, w – характерная частота (иногда через Sh обозначают обратную величину vt/l). При расчёте колебаний упругих тел в потоках жидкостей или газов (например, колебаний крыла самолёта, перископа), а также пульсаций давления в зонах отрыва потока (например, пульсаций давления за обтекаемым телом, на днище ракеты) пользуются эмпирическим законом постоянства Струхаля числа: Sh ≈ 0,2–0,3, который выполняется в широком диапазоне изменения Рейнольдса числа.

Аналогичный критерий Н₀ = vt/l в механических, тепловых и электромагнитных процессах называется критерием гомохронности. Стухаля число – частный вид критерия гомохронности, применяемый в гидроаэромеханике.

***

Число Струха́ля – безразмерная величина, один из критериев подобия нестационарных течений жидкостей и газов, характеризующий постоянство протекания процессов во времени. Одна из формул, описывающих число Струхаля:

Здесь Sh – число Струхаля, f – частота вихреобразования, L – характерная длина (например, гидравлический диаметр), V – скорость потока.

Число Струхаля является функцией числа Рейнольдса Re, и в диапазоне 200 < Re < 200 000 действует эмпирический закон постоянства числа Струхаля: .

Число названо по имени чешского учёного Винсенса Струхаля (1850–1923).

***

При обтекании цилиндра или пластины, установленной нормально к потоку, вихри сходят поочередно с двух боковых сторон тела с частотой, определяемой числом Струхаля v/nl = const, где n – число вихрей, образующихся за секунду, а l – характерная длина (диаметр цилиндра или ширина пластины).

***

ЧИСЛО СТРУХАЛЯ – один из критериев аэродинамического подобия для неустановившихся (например, периодических) движений жидкости или газа.

***

ЧИСЛО СТРУХАЛЯ (по имени чешского ученого В.Струхаля) – безразмерный параметр, равный отношению характерного времени движения части газа в поле течения к характерному времени нестационарного процесса. Число Струхаля характеризует меру влияния нестационарности течения на газодинамические переменные. Является критерием подобия для нестационарных движений жидкости и газа.

***

Известно, что полное сопротивление ряда поперечно обтекаемых тел зависит от относительного шага их расположения t₀=t/h (t – расстояние между телами, h – поперечный размер тела или высота выступа). Для t₀<10 при уменьшении расстояния t, когда зоны рециркуляции отрывного течения перекрываются, наблюдается эффект снижения полного сопротивления ряда тел по сравнению с суммой сопротивлений отдельных изолированных тел (эффект экранирования). Так, по данным, приводимым в работах [1,2], для цилиндров и других плохообтекаемых тел среднеарифметическое значение коэффициента лобового сопротивления одного из n тел ряда снижается в 3-4 раза при уменьшении относительного шага t₀ с 10 до 1. Объясняется это тем, что каждый расположенный ниже по потоку элемент ряда попадает в область ближнего вихревого следа предыдущего обтекаемого элемента, градиент давления в котором совпадает по направлению со скоростью набегающего потока, и поэтому разница давлений между лобовой и кормовой областями каждого последующего тела становится меньше падения давления, соответствующего обтеканию одиночного тела.

Проведенный анализ показал, что имеющиеся экспериментальные данные по влиянию относительного шага расположения обтекаемых тел в ряду на снижение коэффициента лобового сопротивления отдельного элемента ряда хорошо обобщаются следующей зависимостью:

где – средний коэффициент лобового сопротивления одного элемента в ряду, – коэффициент лобового сопротивления единичного элемента, – коэффициент сопротивления элемента в ряду при .

Результаты экспериментов также дают возможность заключить, что существует связь между сопротивлением плохообтекаемых тел и частотой отрыва вихрей. Анализ опытных данных по влиянию числа Рейнольдса Re на периодичность отрыва вихрей в следе за плохообтекаемыми телами и их сопротивление [3] указывает на обратный характер взаимосвязи между коэффициентом полного сопротивления и числом Струхаля Sh, которая для цилиндрических тел в диапазоне изменения чисел Рейнольдса может быть выражена следующим соотношением:

где – число Струхаля (f – частота отрыва вихрей, d – определяющий размер тела, u – скорость набегающего потока).

Тот факт, что характер данной зависимости остается постоянным для всех режимов отрывного обтекания цилиндра в указанном выше широком диапазоне изменения чисел Рейнольдса, может свидетельствовать о доминирующей роли процесса интенсивного вихреобразования в кормовой области тела в формировании поля давления на его поверхности.

Следует отметить, что оба описанных эффекта имеют сходную физическую природу, связанную со снижением энергетических потерь при уменьшении масштаба вихревых структур в кормовой области обтекаемых тел.

 

 

 

 

Магическое число научит летать и плавать
Одно-единственное "магическое" число описывает движения летающих и плавающих живых организмов, начиная от какой-нибудь моли и кончая дельфинами. Изучение его значения проливает свет на "летные навыки" давно исчезнувших с лица земли созданий и может помочь военным инженерам проектировать крошечных крылатых шпионов, которые могли бы обследовать занятые врагом здания, не привлекая к себе лишнего внимания.

Это число называется числом Струхаля и может описывать передвижение в воздухе или воде, производимое за счет взмахов крыльев или плавников. Оно равно частоте колебаний, умноженной на их амплитуду и разделенной на скорость движения вперед. Крылья и плавники создают своего рода "водовороты" при движении, которые мешают двигаться слишком быстро, заставляют бороться с турбулентностью. Теория предсказывает, что в большинстве случаев максимальная эффективность (КПД) при движении достигается при условии, что значение этого безразмерного параметра находится между 0,2 и 0,4.

К настоящему времени уже было установлено, что рыбы при работе плавниками самым эффективным способом, когда движутся в воде с обычной для себя "крейсерской" скоростью, "пользуются" числом Струхаля из "пикового диапазона". Теперь Грэм Тейлор (Graham Taylor), Роберт Наддс (Robert Nudds) и Адриан Томас (Adrian Thomas) из Оксфордского университета (University of Oxford, Великобритания), задались вопросом, будут ли летающие животные при передвижении также использовать тот же самый узкий диапазон значений. Для этого они изучили движения крыльев и скорости передвижения для 42 разновидностей летучих мышей, насекомых и птиц. Оказалось, что число Струхаля и в этом случае относится к диапазону 0,2 < Sh < 0,4.

"Крейсерская" эффективная скорость всего живого, выработанная в процессе эволюции, как выяснила группа Тейлора, - от шмелей до синих китов, включая макрель, саранчу, голубей и летучих мышей, лежит в этом диапазоне (причем шмели движутся быстрее, чем киты, со скоростью приблизительно 30 км/час по сравнению с "китовыми" 20 км/час). Это правило является настолько всеобщим, что должно позволить биологам однозначно оценивать скорость движения любого, пусть даже вымершего плавающего или летающего животного, просто как следует изучив его анатомию. Этот параметр может даже быть применен к пока еще не открытым инопланетным разновидностям животных. "Если на других планетах будут обнаружены плавающие или летающие организмы, то мы готовы предсказать, с какой скоростью они будут двигаться", – говорят ученые. Достаточно, например, увидеть видеоклип с летящей птицей, умножить размах ее крыльев на частоту взмахов и разделить на 0,3, чтобы получить примерную оценку скорости полета. Таким образом можно было бы даже узнать "крейсерскую скорость" ангелов, если бы кто-нибудь рассмотрел их в полете.

Результат мог бы также помочь проектировщикам робототехнических "шмелей" величиной с обычных насекомых, которые эффективно использовали бы свои крылья. В настоящее время американские военные располагают устройствами размером с птицу, чтобы запускать летающие камеры в здания для наблюдений. Но они хотели бы иметь автоматизированных шпионов намного меньших размеров, которых противник мог бы принять за обычных насекомых. По расчетам оксфордских специалистов, для эффективного полета роботу-шпиону с 15-сантиметровыми крыльями и амплитудой их движений в 10 см необходимо делать около 30 взмахов в секунду.

Впрочем, очень маленькие насекомые все-таки являются исключением из этого общего правила. Дело в том, что для них воздух окажется настолько "вязким", что нормальные правила гидроаэродинамики уже не применимы.

***

Исследованы закономерности формирования вихревых структур при истечении продуктов горения пропановоздушной смеси из полуоткрытой трубы. Обнаружено, что вихревая структура может состоять из двух-трех кольцевых вихрей, следующих друг за другом. Установлено, что вихревая структура порождается релаксационными колебаниями столба газа в трубе, поддерживаемыми распространением пламени по богатой горючей смеси. Найдены условия образования вихревой структуры в виде зависимости безразмерной энергии, выделяемой при горении, от числа Струхаля. Предложен механизм релаксационного горения, связанный с развитием низкочастотных колебаний газа в трубе.