Estoy tratando de averiguar si hay algún efecto de los vórtices de Von Karman en un grupo de lecturas de velocidad del viento donde se presume que debido a una montaña cercana al punto de recolección de datos se formaron vórtices de Von Karman que se registrarían en los datos. Según lo que he leído, la frecuencia de desprendimiento de vórtices que debería estar presente en los datos se calcula simplemente a partir de la fórmula con como el número de Strouhal, como la velocidad y como la longitud característica. Por lo que entiendo, el número de Strouhal es esencialmente constante para un flujo dado, pero cuando busqué cómo encontrar el número de Strouhal, se definió como , que es exactamente la misma relación dada en la primera ecuación para el cálculo de la frecuencia de desprendimiento. Mi pregunta entonces tiene dos partes:
1) ¿Cómo calculo el número de Strouhal para un flujo para poder calcular la frecuencia de desprendimiento?
2) ¿Cuál debo usar como mi longitud característica para una característica del paisaje, como una montaña o un acantilado, etc., como todo lo que se dice en línea solo en el caso de cilindros uniformes y usando su diámetro en lugar de algo como un cono que se puede usar como una aproximación de una montaña u otra masa de tierra.
Gracias por cualquier ayuda.
Entonces, cómo se hace esto es un poco un arte negro, muy parecido a cómo elige qué usar para otros números no dimensionales en fluidos (como el número de Reynolds). Pero lo entiendes al revés. No quieres calcular para encontrar la frecuencia de desprendimiento; es bueno si quiere comparar flujos en diferentes condiciones pero quiere mostrar que la física es la misma, o es bueno si alguien le dio el número, la velocidad y la escala de longitud y necesita calcular la frecuencia.
La mejor manera, si puede, de calcular la frecuencia de desprendimiento es tomar una señal de tiempo de su velocidad y calcular la FFT de la misma y buscar picos en rangos de baja frecuencia. Dependiendo de las frecuencias de los vórtices, es posible que no tenga la resolución temporal adecuada. Por ejemplo, si el vórtice se desprende a 1 Hz (1 vórtice por segundo), entonces debe tomar al menos 2 muestras por segundo debido al alias de frecuencia.
Suponiendo que tiene una frecuencia calculada, su siguiente opción es la velocidad. Nuevamente, hay algo de arte en elegir el correcto. La mejor opción aquí es la velocidad del viento por delante de la montaña/acantilado si tiene esos datos (o fuera de los vórtices del cobertizo detrás de la montaña para obtener una velocidad de "corriente libre"). Cualquier velocidad que elija dentro del desprendimiento de vórtice tendría que promediarse para eliminar los efectos de vórtice. Pero es poco probable que tenga datos estables, por lo que su promedio será móvil, no muy útil.
Por último está la elección de la longitud. Los cilindros eligen el diámetro típicamente; los cuerpos de farol o los escalones orientados hacia atrás eligen la altura del escalón. Entonces, para un acantilado, la altura del acantilado es un buen número. Lo mismo podría decirse de una montaña.
Sin embargo, en última instancia, lo que elijas no importa , ¡siempre y cuando lo elijas explícita y consistentemente! Entonces, si desea que la escala de longitud sea la altura del acantilado, use siempre esa cuando compare de diversas condiciones. Lo mismo ocurre con los otros términos; si está publicando, sea muy claro sobre lo que está eligiendo. Es muy frustrante tratar de comparar resultados con información incompleta y se vuelve muy sospechoso cuando los autores no enumeran sus escalas de referencia y solo presentan el número adimensional resultante.
Como entusiasta de la ciencia planetaria y la aviación, puedo ofrecer estos datos, aunque un poco tarde para la pregunta publicada en 2013...
http://www.wired.com/2010/05/gallery-clouds/
Esto muestra la calle del vórtice de Van Karman inducida por la montaña (inestabilidad de Strouhal) en una capa de nubes vista desde el espacio.
y también lo hace esto: http://i.dailymail.co.uk/i/pix/2014/08/29/1409315266064_wps_29_Bp83DlqCMAAgOOR_Karman_vo.jpg
y esto: http://webdesignerdepot.com/2009/08/60-stunning-satellite-photos-of-earth/
todos tomados desde la órbita de la Tierra.
Aunque las oscilaciones como las que usted describe normalmente no están en el plano vertical...
Claramente, la escala del fenómeno de Strouhal que usted propuso es un efecto observable en nuestro planeta. Si bien el muestreo en varias veces la frecuencia de la oscilación (el doble de la frecuencia no brinda muchos detalles) es ideal, estas fotos muestran frecuencias que probablemente sean de 1 a varios minutos por lo menos. A partir de los datos de muestra a favor del viento, también puede extraer un pico de frecuencia de un análisis espectral (como el FFT mencionado anteriormente) de la dirección del viento, o incluso quizás alguna otra variable medible. Una fuente de herramientas de software con funciones de análisis espectral proviene de la edición de video, donde se puede analizar una pista de audio, pero los datos deben disfrazarse como una pista de audio. Esto al menos puede decirle si hay un pico de frecuencia cerca del extremo inferior (cerca de DC, o cerca del lado izquierdo de la gráfica espectral) con una inversión mínima de $.
Estas son solo sugerencias. Probablemente ahora hay herramientas de análisis espectral crudas disponibles como shareware en la web.
Si su muestreo está cerca de solo 2 veces la frecuencia del fenómeno, puede obtener un alias que da como resultado una salida inútil o muy degradada. Muchas herramientas de software de análisis de frecuencia permiten la elección de diferentes filtros: leerlos le dará la mejor oportunidad de obtener una señal útil de sus datos.
Fui dinamizador de pruebas de vuelo durante la expansión envolvente en el rotor basculante V22 Osprey (hace casi 20 años) donde todo tipo de análisis espectral estaba disponible. A veces, demasiadas opciones nublan los problemas básicos. Lleve un medio de grabación de audio a algún lugar a sotavento de su objeto y colóquelo sobre el desorden del suelo. Registre durante 20 minutos o una hora el viento que sopla sobre cualquier dispositivo (haciendo diferentes ruidos con diferentes direcciones del viento). Coloque la pista de audio en un software de análisis espectral común solo para ver si existe un pico. Va a ser de muy baja frecuencia. Si está por debajo del límite detectable del software, comprima toda la muestra a una frecuencia más alta y luego haga el espectro. Piensa de forma sencilla.
tpg2114
Patricio
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Patricio