Número de Strouhal

En el análisis dimensional, el número de Strouhal (St) es un número adimensional que describe los mecanismos de flujo oscilante. El número de Strouhal es una parte integral de los fundamentos de la mecánica de fluidos.

El número de Strouhal lleva el nombre de Vincenc Strouhal, un físico checo que experimentó en 1878 con cables que experimentaban el desprendimiento de vórtices y sonaban con el viento.^[1]​^[2]​

El número de Strouhal se presenta a menudo como:

${displaystyle mathrm {St} ={f mathrm {W} over u}}$

De esta ecuación se observa una dependencia del número de Reynolds y de las dimensiones del obstáculo. Se han propuesto varias ecuaciones empíricas que relacionan el número de Strouhal y el número de Reynolds:

Ponta and Aref (2004)

Williamson y Brown (1998)

Ponta (2006)

En ciertos casos, como el «vuelo en picado», esta longitud característica es la amplitud de la oscilación. Esta selección de longitud característica se puede utilizar para presentar una distinción entre el número de Strouhal y la frecuencia reducida.

${displaystyle k={frac {omega d}{2 u}}}$

${displaystyle mathrm {St} ={ka over pi c}}$

Para grandes números de Strouhal (orden de 1), la viscosidad domina el flujo del fluido, con el resultado de un movimiento oscilante colectivo del "tapón" de fluido. Para números Strouhal bajos, del orden de 10⁻⁴ e inferiores, la parte del movimiento de alta velocidad y casi estable domina la oscilación. La oscilación en los números intermedios de Strouhal se caracteriza por la acumulación y rápida eliminación de vórtices.^[3]​

Para esferas en flujo uniforme en el rango de números de Reynolds de 8x10² < Re < 2x10⁵ coexisten dos valores del número de Strouhal. La frecuencia más baja se atribuye a la inestabilidad a gran escala de la estela y es independiente del número de Reynolds «Re» y es aproximadamente igual a 0,2. La mayor frecuencia del número de Strouhal es causada por inestabilidades a pequeña escala de la separación de la capa de cizallamiento.^[4]​^[5]​

${displaystyle mathrm {St} ^{*}={f mathrm {W} ' over u_{s}}}$

En metrología, específicamente en medidores de turbina de flujo axial, el número de Strouhal se usa en combinación con el número de Roshko para dar una correlación entre la tasa de flujo y la frecuencia. La ventaja de este método sobre el método de «frecuencia/viscosidad» frente al factor K es que tiene en cuenta los efectos de la temperatura en el medidor.

Esta relación deja a Strouhal sin dimensiones, aunque a menudo se usa una aproximación sin dimensiones para C³ lo que da como resultado unidades de pulsos / volumen, igual que el factor K.

En natación o en animales voladores, el número de Strouhal se define como:

En vuelo o natación de animales, la eficiencia de la propulsión es alta en un rango estrecho de constantes de Strouhal, generalmente alcanzando un pico en el rango de 0.2 <St <0.4. [6] Esta gama se usa en el nado de delfines, tiburones y peces óseos, y en el vuelo de crucero de aves, murciélagos e insectos. [6] Sin embargo, en otras formas de vuelo se encuentran otros valores. [6] Intuitivamente, la relación mide la inclinación de los trazos, vistos desde un lateral. Suponiendo un movimiento a través de un fluido estacionario, f es la frecuencia de trazo, A es la amplitud, por lo que el numerador fA es la mitad de la velocidad vertical de la punta del ala, mientras que el denominador V es la velocidad horizontal. Así, la gráfica de la punta del ala forma una sinusoide aproximada con parecida (pendiente máxima) al doble de la constante de Strouhal. [7]