斯特劳哈尔数 — CAE用语解说

斯特劳哈尔数 St = fD/U 是将物体后方释放的涡旋（卡门涡）的频率f，用物体的特征尺寸D和流速U进行无量纲化的值。在圆柱周围的流动中，St ≈ 0.2 基本保持不变。也就是说，只要知道风速和烟囱的直径，就能预测涡旋释放频率。当这个频率与烟囱的固有振动频率一致时会产生共振，导致大幅晃动——这就是涡激振动。

比如直径2m的烟囱，风速为10m/s的风吹来，当St = 0.2时，涡旋释放频率为 f = St·U/D = 0.2×10/2 = 1Hz。如果烟囱的1阶固有振动频率接近1Hz，就有涡激振动的风险。实际上，塔科马海峡悬索桥的崩塌据说是由涡激振动（更准确地说是颤振）引起的，因此在结构安全设计中确认斯特劳哈尔数至关重要。

通过非稳态CFD模拟物体后方的速度或压力时间变化，然后用FFT（快速傅立叶变换）找到峰值频率。最后用St = fD/U 计算。RANS（URANS）也能再现卡门涡，但LES或DES对St的预测精度更高。

涡旋释放的计算使用以下非稳态Navier-Stokes方程进行时间推进求解。

在很大范围内基本保持不变，但严格来说还是对Re有依赖的。在Re = 300～10⁵左右的亚临界区域，St ≈ 0.2，但在Re > 10⁵的超临界区域，边界层转变为湍流，St会发生变化。另外，断面形状也会影响St，比如正方形断面时St ≈ 0.13，矩形断面的St则随宽高比而变化。

将涡旋释放、卡门涡和Reynolds数结合起来理解很重要。

如果担心涡激振动，可以在烟囱上缠绕螺旋翅片（防涡套）来缩短涡旋的相关长度以应对。用CFD比较安装防涡套前后的效果也是不错的检验方法。