·当雷诺数=30时，圆柱体后的液体呈平陆状态；
·当雷诺数=40，圆柱体后的液体开始出现正弦式波动；
·当雷诺数=47， 圆柱体后的液体，前端仍然呈正弦状，后端则逐渐脱离正弦波动；
·当雷诺数>47，圆柱体后的液体，出现卡门涡街
·当雷诺数在50至85之间，圆柱体后的液体压力，呈等振幅波动
·当雷诺数=185时，圆柱体后的液体压力，呈非均匀振幅波动。
1.3卡门涡街频率
卡门涡街起因流体流经阻流体时，流体从阻流体两侧剥离，形成交替的涡流。
这种交替的涡流，使阻流体两侧流体的瞬间速度不同。
流体速度不同，阻流体两侧受到的瞬间压力也不同，因此使阻流体发生振动。
振动频率与流体速度成正比，与阻流体的正面宽度成反比。
卡门涡街频率与流体速度和阻流体（旋涡发生体）宽度有如下关系：
f=Sr·v
d
其中，
f为卡门涡街频率，Sr为斯特劳哈尔数，v为流体速度，d为阻流体迎面宽度。
2研究历史
1911年，西奥多·冯·卡门在德国哥廷根大学空气动力学家路德维希·普朗特手下任助教。
当时普朗特正研究边界层现象，他命一位攻读博士学位的研究生卡尔·希门茨设计一个流水槽，以便观察流水经过一个圆柱体时的边界层，并令希门茨测量圆柱体表面上不同点的压力。
希门茨发现圆柱体表面的压力并非如预期的平稳，而是剧烈地振动。
他将这个情况向普朗特汇报，普朗特说，“你的圆柱体显然不圆”。
希门茨细心将圆柱体磨了又磨，测了又测，不见改进。
冯·卡门走过实验室时不在意地问道：
“卡尔，怎么样了”？
卡尔答道
“还是振动”，过几天又问：
“卡尔，怎么样了？
”，“还是振动得厉害”。
这引起冯·卡门注意了，他想“也许振动不是偶然的，而是由内在原因决定的”。
于是冯·卡门从理论上进行思考，起初他设想圆柱体后的水流形成两道对称排列但反方向的旋涡，但发现这种状态
不能维持，很快不稳定。
于是他假设两道旋涡交错排列，计算结果表明这种状态能够维持。
冯·卡门将计算结果向导师普朗特报告。
普朗特命冯·卡门写出论文发表。
这是冯·卡门的第一篇论文，也是他的成名之作。
冯·卡门关于卡门涡街的理论被后来的实验证实。
“卡门涡街”的名称，沿用至今。
图2：
冯·卡门 图3：
雷诺数为105时圆柱后的卡门涡街
冯·卡门认为他在1911~1912年，对这一问题研究的贡献主要是二个方面：
一是发现涡街只有当涡旋是反对称排列，且仅当行列的距离对同行列内相邻两涡旋的间隔有一定的比值时才稳定；二是将涡系所携带的动量与阻力联系了起来。
3卡门涡街的工程问题
卡门涡街出现时，流体对物体会产生一个周期性的交变横向作用力。
如果力的频率与物体的固有频率相接近，就会引起共振，甚至使物体损坏。
这种涡街曾使潜水艇的潜望镜失去观察能力，海峡大桥受到毁坏，锅炉的空气预热器管箱发生振动和破裂。
20世纪40年代，美国塔科玛峡谷桥风毁事故便是由卡门涡街所引起的。
1940年，美国华盛顿州的塔科玛峡谷上一座主跨度853.4米的悬索桥建成4个月后，于同年11月7日碰到了一场风速为19米/秒的风。
虽风不算大，但桥却发生了剧烈的扭曲振动，最后坠落到峡谷之中。
第二次世界大战结束后，人们对塔科玛桥的风毁事故的原因进行了研究。
—部份航空工程师认为塔科玛桥的振动类似于机翼的颤振；而以冯卡门为代表的流体力学家认为，塔科玛桥的主梁有着钝头的H型断面，和流线型的机翼不同，存在着明显的涡旋脱落，应该用涡激共振机理来解释：
塔科玛海峡大桥的毁坏，是由周期性旋涡的共振引起的。
设计的人想建造一个较便宜的结构，采用了平钣来代替桁架作为边墙。
不幸，这些平钣引起了涡旋的发放，使桥身开始扭转振动。
这一大桥的破坏现象，是振动与涡旋发放发生共振而引起的。
20世纪60年代，经过计算和实验，证明了冯·卡门的分折是正确的。
塔科玛桥的风毁事故，是一定流速的流体流经边墙时，产生了卡门涡街；卡门涡街后涡的交替发放，会在物体上产生垂直于流动方向的交变侧向力，迫使桥梁产生振动，当发放频率与桥梁结构的固有频率相耦合时，就会发生共振，造成破坏。
卡门涡街不仅在圆柱后出现，也可在其他形状的物体后形成，例如在高层楼厦、电视发射塔、烟囱等建筑物后形成。
这些建筑物受风作用而引起的振动，往往与卡门涡街有关。
因此，现在进行高层建筑物设计时都要进行计算和风洞模型实验，以保证不会因卡门涡街造成建筑物的破坏。
4卡门涡街的应用
实际上，卡门涡街并不全是会造成不幸的事故，它也有很成功的应用。
比如己在工业中广泛使用的卡门涡街流量计，就是利用卡门涡街现象制造的一种流量计。
它将涡旋发生体垂直插入到流体中时，流体绕过发生体时会形成卡门涡街。
在测量管道的流体中设置非流线型的漩涡发生体，当雷诺数达到一定值时，从漩涡发生体下游两侧交替地分离释放出两串规则地交错排列的漩涡。
在一定雷诺数范围内，漩涡的分离频率与漩涡发生体的几何尺寸管道的几何尺寸有关漩涡的频率正比于流量并可由各种型式的传感器检出。
涡街流量计存在如下关系式：
f=Sr·v=Sr·v
d md
式中，d为阻流件的宽度，v为流经流量计的流体平均流速，
f为漩涡的频率，Sr为
斯特劳哈尔数，m为漩涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比。
对于直径为的圆柱形漩涡发生体，则
m=1-2[d 1- d2+ d
pD
式中，D为测量管内径。
（ ） arcsin（ ）]
D D
图4：
卡门涡街流量计原理示意图 图5：
流量计外形
卡门涡街流量计有许多优点：
可测量液体、气体和蒸汽的流量；精度可达±1%（指示
值）；结构简单，无运动件，可靠、耐用；压电元件封装在发生体中，检测元件不接触介质；使用温度和压力范围宽，使用温度最高可达400℃；并具备自动调整功能，能用软件对管线噪声进行自动调整。
5结论
以上我们对卡门涡街的原理和应用作了简单的介绍与综述，我们可以知道，卡门涡街是一种自然界经常遇到的流体力学中的重要现象，对其的认识和研究已经有几十年的历史。
卡门涡街可引发物体的振动，当振动频率与物体的固有频率相耦合时，就会发生共振，造成破坏，对这种破坏作用的预防和利用是当前对卡门涡街研究的重点所在。
参考文献
[1]杨有涛.卡门涡街[J].中国计量，2009（5）：
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[2]王振东.漫话卡门涡街及其应用[J].力学与实践，2006,28
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[3]王振东.冯·卡门与卡门涡街[J].自然杂志，2010,32（4）：
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//zh.wikipedia.org/wiki/卡门涡街（2012/11/15）.
[5]卡门涡街.（2012/11/15）.
[6]Kármánvortexstreet.http:
//en.wikipedia.org/wiki/Kármán_vortex_street（2012/11/15）.
KármánVortexStreetandItsApplication
PengHan
（DepartmentofCivilEngeering,HarbinInstituteofTechnology,Harbin,Heilongjiang）
Abstract:
ThetermKármánvortexstreetisusedinfluiddynamicstodescribearepeatingpatternofswirlingvorticescausedbytheunsteadyseparationofflowofafluidoverbluffbodies.Itisanexquisiteflowpatternthatcanbeseeninavarietyofflowsituations.Itisresponsiblefor
suchphenomenaasthe"singing"ofsuspendedtelephoneorpowerlines,andthevibrationofacarantennaatcertainspeeds.Inthisarticle,wepresentsomeofthemainfeaturesofthephenomenonstartingfromitsinterestinghistory,andalsoshowwhyitisimportantinanumberofengineeringsituations.
Keywords:
Aerodynamics,Kármánvortexstreet,Resonance,TheodorevonKármán
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