Зачем на дымовых трубах спираль?

На промышленных дымовых трубах можно увидеть спиральные металлические конструкции, похожие на огромную винтовую резьбу. Это не просто промышленный дизайн: у них есть вполне конкретная функция.

Когда ветер обтекает цилиндрическую трубу, поток отрывается от её поверхности, и за трубой начинают попеременно срываться вихри — то с одной, то с другой стороны. Так возникает вихревая дорожка Кармана, названная в честь физика Теодора фон Кармана, который в начале XX века теоретически исследовал устойчивость таких вихревых структур.

Попеременный срыв вихрей создаёт переменную поперечную силу и заставляет трубу вибрировать. Если частота этих колебаний оказывается близка к собственной частоте трубы, вибрации могут резко усилиться и со временем привести к повреждению конструкции.

Чтобы этого избежать, на трубы устанавливают интерцепторы — спиральные рёбра. Интерцепторы постоянно меняют положение точки отрыва потока вдоль высоты трубы. На одном уровне поток отрывается в одном месте, чуть выше уже в другом. Поэтому вихри перестают срываться одновременно и в одной фазе по всей высоте. Вместо длинных согласованных вихревых структур возникают более мелкие, трёхмерные и менее связанные между собой вихри, тем самым уменьшают вызываемые ветром колебания.