
【化】 horseshoe vortex
equine; gee; horse; horseflesh; neddy; steed
【醫】 hippo-
hoof; unguis
【醫】 hoof; ungula
eddy; whirlpool; whorl
【醫】 vertex; vortex; vortices; whorl
馬蹄渦(Horseshoe Vortex)是流體力學中描述三維邊界層分離現象的經典模型,其名稱來源于渦旋形态與馬蹄鐵相似。該概念最早由英國空氣動力學家蘭開斯特(Frederick W. Lanchester)在20世紀初提出,後經普朗特(Ludwig Prandtl)完善,成為空氣動力學翼型繞流研究的理論基礎。
在物理機制層面,馬蹄渦形成于物體表面因壓力梯度變化導緻的流體分離。當高速流體流經機翼前緣或圓柱體等鈍體時,上下表面的壓力差異會誘導出兩股方向相反的旋轉渦流,二者在物體後方交彙形成U形結構。這種渦旋系統會顯著影響物體表面的壓力分布,進而改變升力與阻力系數。
應用領域主要集中于航空航天工程與建築風荷載計算。美國國家航空航天局(NASA)在翼梢渦抑制技術研究中,将馬蹄渦理論應用于減少飛機誘導阻力(來源:NASA Technical Reports Server)。英國建築研究院(BRE)則依據該模型制定高層建築抗風設計規範(來源:BRE Digest系列文件)。
最新研究進展顯示,通過粒子圖像測速(PIV)技術可精确捕捉馬蹄渦的動态演化過程。劍橋大學流體力學實驗室的定量研究表明,雷諾數超過10⁵時,馬蹄渦會産生二次不穩定波結構,該成果發表于《Journal of Fluid Mechanics》第904卷(2020年)。
馬蹄渦(Horseshoe Vortex)是一種流體力學中常見的渦旋結構,其名稱源于其形狀類似馬蹄鐵(U形)。以下是詳細解釋:
馬蹄渦通常由三條渦線組成:
如需進一步了解具體領域(如航空或水利工程)的研究案例,可參考上述來源中的實驗或理論分析。
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