حاسبة عدد ستروهال

عدد ستروهال (St) هو عدد بلا أبعاد يصف تردد انفصال الدوامات في أعقاب جسم في تدفق سائل. ويربط بين تردد انفصال الدوامات (f) وسرعة التدفق (v) وطول مميز (L) للجسم. وهذا العدد حاسم لفهم وتوقع ظواهر ديناميكا الموائع، مثل قوى الرفع والسحب التي يتعرض لها الجسم في التدفق.

الخلفية التاريخية

سمي عدد ستروهال على اسم الفيزيائي التشيكي فينسنس ستروهال، الذي قام في سبعينيات القرن التاسع عشر بالتحقيق في الأصوات الصافرة الناتجة عن الأجسام الأسطوانية في تدفق واكتشف العلاقة بين تردد هذه الأصوات وسرعة التدفق. وقد تم تطبيق هذه العلاقة منذ ذلك الحين على نطاق واسع في ديناميكا الموائع لوصف السلوك التذبذبي للتدفقات حول الأجسام.

صيغة الحساب

الصيغة لحساب عدد ستروهال هي:

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

حيث:

• \(St\) هو عدد ستروهال،
• \(f\) هو تردد انفصال الدوامات (بالهرتز)،
• \(L\) هو الطول المميز للجسم (بالمتر)،
• \(v\) هي سرعة التدفق (بم/ث).

مثال على الحساب

إذا اهتزت زعنفة ذيل سمكة بتردد 2 هرتز، بطول مميز 0.1 متر، في ماء يتدفق بسرعة 1 م/ث، فإن عدد ستروهال يحسب على النحو التالي:

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

أهمية وسيناريوهات الاستخدام

يستخدم عدد ستروهال في تصميم وتحليل مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك تحسين كفاءة الطاقة في أنظمة الدفع المستوحاة من الكائنات الحية، ودراسة أحمال الرياح على المباني والجسور، وتحليل تدفق الدم في البحوث الطبية. يساعد في فهم التفاعل بين السوائل والهياكل والتنبؤ بقوى وأنماط انفصال الدوامات.

الأسئلة الشائعة

1. ماذا يخبرنا عدد ستروهال؟

   • يوفر عدد ستروهال نظرة ثاقبة على استقرار وأنماط انفصال الدوامات خلف جسم غليظ في تدفق. يشير عدد St ثابت ضمن نطاق معين إلى نمط منتظم للدوامات، وهو أمر مهم للتنبؤ بالقوى التذبذبية على الهياكل.

2. كيف يؤثر عدد ستروهال على الدفع في الحيوانات المائية؟

   • تستخدم الحيوانات المائية، مثل الأسماك والحيتان، مجموعة من أعداد ستروهال للدفع بكفاءة، مع تحسين التوازن بين الطاقة التي تنفقها والدفع الذي تولده. أظهرت الدراسات أن هناك نطاقًا مثاليًا لعدد ستروهال لأقصى كفاءة في السباحة والطيران في الطبيعة.

3. هل يمكن لعدد ستروهال التنبؤ بالضوضاء الناتجة عن الهياكل؟

   • نعم، يمكن استخدام عدد ستروهال للتنبؤ بتردد الصوت الناتج عن انفصال الدوامات من الهياكل، مثل المدخنة والكابلات، عندما تتعرض للرياح. هذا أمر بالغ الأهمية لتصميم الهياكل لتقليل تلوث الضوضاء.

تساهم هذه الآلة الحاسبة في فهم وتطبيق عدد ستروهال، مما يجعلها أداة قيمة للطلاب والمهندسين والباحثين العاملين في ديناميكا الموائع والمجالات ذات الصلة.