Mécanique des fluides
Écoulement turbulent et allée de von Kármán
Observez les conditions de formation d'une allée de tourbillons alternés derrière un cylindre. Faites varier la vitesse U, le diamètre D et la fréquence f, lisez le Reynolds indicatif et vérifiez le nombre de Strouhal .
Matériel
- Canvas montrant le cylindre et deux rangées alternées de tourbillons de signes opposés en aval (glisser pour tourner la vue)
- Curseur « Tốc độ dòng U » (vitesse de l'écoulement), 1–12 m/s
- Curseurs « Đường kính D » (diamètre, 20–100 cm) et « Tần số phát xoáy f » (fréquence, 1–10 Hz)
- Ligne d'affichage « Re ≈ … ; St = fD/U = … » sous le canvas
Protocole
Lire le Reynolds en fonction de U et D
Gardez « Đường kính D » à sa valeur par défaut et augmentez « Tốc độ dòng U » de 1 à 12 m/s en notant « Re ≈ … » à chaque palier. Puis fixez U, augmentez D et observez Re. Vérifiez la dépendance linéaire à partir des affichages.
Vérifier le nombre de Strouhal
Réglez plusieurs triplets (U, D, f), par ex. U = 5 m/s, D = 50 cm, f = 2 Hz. Calculez et comparez à l'affichage « St = fD/U = … » ; pour un cylindre en régime d'émission, la valeur expérimentale est proche de St ≈ 0.2. Faites varier f et observez St évoluer linéairement.
Observer les rangées de tourbillons et la force latérale oscillante
Réglez f élevé et regardez les deux rangées alternées de tourbillons de signes opposés dériver vers l'aval ; glissez sur le canvas pour tourner la vue. L'émission alternée crée une pression asymétrique : le cylindre subit une force latérale oscillant à la fréquence f — mécanisme du battement des cheminées et des câbles dans le vent. Tournez la vue pour bien voir le quinconce.
Prédire le régime d'écoulement selon Reynolds
Combinez U faible et petit D pour abaisser Re, puis augmentez-le. Pour un cylindre réel, une allée régulière apparaît vers Re ≈ 47–190 et le sillage devient turbulent à Re beaucoup plus grand. Notez le Re où le sillage simulé change le plus nettement et comparez aux valeurs classiques.