ในพลศาสตร์ของไหลการสั่นสะเทือนที่เกิดจากกระแสน้ำวน ( VIV ) คือการเคลื่อนที่ที่เกิดขึ้นกับวัตถุ ที่ปฏิสัมพันธ์กับ การไหลของของไหลภายนอกซึ่งเกิดจาก หรือการเคลื่อนที่ที่ก่อให้เกิดความไม่สม่ำเสมอเป็นระยะๆในการไหลนั้น

ตัวอย่างคลาสสิกคือปรากฏการณ์ VIV ของทรงกระบอกใต้น้ำ เราสามารถเห็นกระบวนการนี้ได้โดยการวางทรงกระบอกลงในน้ำ (สระว่ายน้ำหรือแม้แต่ถัง) แล้วเคลื่อนที่ผ่านน้ำในทิศทางตั้งฉากกับแกนของมัน เนื่องจากของเหลวจริงมักมีความหนืดการไหลรอบทรงกระบอกจะช้าลงเมื่อสัมผัสกับพื้นผิว ทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่าชั้นขอบเขตอย่างไรก็ตาม ในบางจุด ชั้นนั้นอาจแยกตัวออกจากตัวทรงกระบอกเนื่องจากความโค้งมากเกินไป จากนั้น จะเกิด กระแสน้ำวนขึ้น ซึ่งจะเปลี่ยนการกระจายแรงดันตามพื้นผิว เมื่อกระแสน้ำวนไม่เกิดขึ้นอย่างสมมาตรโดยรอบตัวทรงกระบอก (เมื่อเทียบกับระนาบกลาง) แรงยก ที่แตกต่างกัน จะเกิดขึ้นในแต่ละด้านของตัวทรงกระบอก ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ในแนวตั้งฉากกับการไหล การเคลื่อนที่นี้จะเปลี่ยนลักษณะของการก่อตัวของกระแสน้ำวนในลักษณะที่นำไปสู่แอมพลิจูดการเคลื่อนที่ที่จำกัด (แตกต่างจากที่คาดหวังในกรณีทั่วไปของการสั่นพ้อง ) กระบวนการนี้จะเกิดขึ้นซ้ำจนกว่าอัตราการไหลจะเปลี่ยนแปลงอย่างมาก

ปรากฏการณ์ การสั่นสะเทือน ที่เกิดจากแรงสั่นสะเทือน (VIV) ปรากฏให้เห็นในสาขาวิศวกรรมหลายแขนง ตั้งแต่สายเคเบิลไปจนถึง ชุดท่อ แลกเปลี่ยนความร้อน นอกจากนี้ยังเป็นปัจจัยสำคัญในการออกแบบโครงสร้างในมหาสมุทร ดังนั้น การศึกษา VIV จึงเป็นส่วนหนึ่ง ของหลายสาขาวิชา ซึ่งรวมถึง กลศาสตร์ของไหล กลศาสตร์โครงสร้างการสั่นสะเทือนพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ (CFD) เสียงสถิติและวัสดุอัจฉริยะ

สิ่งเหล่านี้เกิดขึ้นในสถานการณ์ทางวิศวกรรมหลายอย่าง เช่น สะพาน ปล่องควัน สายส่งไฟฟ้า พื้นผิวควบคุมของเครื่องบิน โครงสร้างนอกชายฝั่ง ท่อส่งความร้อน เครื่องยนต์ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน สายเคเบิลใต้น้ำ สายเคเบิลลากจูง ท่อส่งน้ำมันและก๊าซสำหรับการผลิตปิโตรเลียม สายเคเบิลจอดเรือ โครงสร้างที่จอดเรือ โครงสร้างที่ผูกติด ตัวเรือลอยตัวและตัวเรือเสา ท่อส่ง การวางสายเคเบิล ส่วนประกอบของโครงสร้างหุ้ม และการใช้งานด้านอุทกพลศาสตร์และอุทกเสียงอื่นๆ^{[ 2 ]}ความสนใจล่าสุดในส่วนประกอบทรงกระบอกยาว^{[ 3 ]}ในน้ำเกิดขึ้นจากการพัฒนาทรัพยากรไฮโดรคาร์บอนที่ระดับความลึก 1,000 เมตรขึ้นไป ดูเพิ่มเติมที่^{[ 4 ]}และ^{[ 5 ]}

การสั่นสะเทือนที่เกิดจากกระแสน้ำวน (VIV) เป็นสาเหตุสำคัญของความเสียหายจากความล้าของท่อส่งน้ำมันสำหรับการสำรวจขุดเจาะ และผลิตน้ำมันนอกชายฝั่ง รวมถึงท่อส่งน้ำมันแบบโค้งงอเหล็ก (SCR) และสายเคเบิลหรือเชือกยึดของแท่นขุดเจาะแบบขาตึง (TLP) โครงสร้างที่เรียวบางเหล่านี้ต้องเผชิญกับทั้งกระแสน้ำและการเคลื่อนที่ของส่วนบนของเรือ ซึ่งทั้งสองอย่างก่อให้เกิดการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่างกระแสน้ำกับโครงสร้างและทำให้เกิดการสั่นสะเทือนที่เกิดจากกระแสน้ำวน (VIV)

ปัญหาการไหลแบบเปิดแบบคลาสสิกในกลศาสตร์ของไหลเกี่ยวข้องกับการไหลรอบทรงกระบอกวงกลม หรือโดยทั่วไปแล้วคือวัตถุทึบที่เลขเรย์โนลด์ต่ำมาก(ขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลางของชิ้นส่วนวงกลม) เส้นกระแสของการไหลที่เกิดขึ้นจะสมมาตรอย่างสมบูรณ์แบบตามที่คาดไว้จากทฤษฎีศักย์ อย่างไรก็ตาม เมื่อเลขเรย์โนลด์เพิ่มขึ้น การไหลจะกลายเป็นไม่สมมาตร และเกิดสิ่งที่เรียกว่ากระแสน้ำวนคาร์มันการเคลื่อนที่ของทรงกระบอกที่เกิดขึ้นเนื่องจากการหลุดของกระแสน้ำวนสามารถนำมาใช้เพื่อสร้างพลังงานไฟฟ้าได้^{[ 6 ]}

เลขสตรูฮาลมีความสัมพันธ์ระหว่างความถี่ของการหลุดของกระแสน้ำวนกับความเร็วของการไหลและมิติเฉพาะของวัตถุ (เส้นผ่านศูนย์กลางในกรณีของทรงกระบอก) โดยกำหนดเป็นและตั้งชื่อตาม Čeněk (Vincent) Strouhal (นักวิทยาศาสตร์ชาวเช็ก) ^{[ 7 ]}ในสมการ f _stคือ ความถี่ของ การหลุดของกระแสน้ำวน (หรือความถี่สตรูฮาล) ของวัตถุที่หยุดนิ่ง D คือเส้นผ่านศูนย์กลางของทรงกระบอกวงกลม และ U คือความเร็วของการไหลโดยรอบ ${\displaystyle {\textrm {St}}=f_{st}D/U}$

ค่าเลขสตรูฮาลสำหรับทรงกระบอกมีค่า 0.2 ในช่วงความเร็วการไหลที่กว้าง ปรากฏการณ์การล็อกอินเกิดขึ้นเมื่อความถี่ของการเกิดกระแสน้ำวนเข้าใกล้ความถี่พื้นฐาน ตามธรรมชาติ ของการสั่นสะเทือนของโครงสร้าง เมื่อเกิดเหตุการณ์นี้ขึ้น อาจส่งผลให้เกิดการสั่นสะเทือนขนาดใหญ่และก่อให้เกิดความเสียหายได้

ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา มีความก้าวหน้าอย่างมากทั้งในเชิงตัวเลขและเชิงทดลอง ในการทำความเข้าใจจลนศาสตร์ ( พลศาสตร์ ) ของ VIV แม้ว่าจะอยู่ในช่วงเลขเรย์โนลด์ต่ำก็ตาม เหตุผลพื้นฐานสำหรับเรื่องนี้คือ VIV ไม่ใช่การรบกวนเล็กน้อยที่ซ้อนทับอยู่บนการเคลื่อนที่คงที่โดยเฉลี่ย มันเป็นปรากฏการณ์ที่ไม่เป็นเชิงเส้นโดยเนื้อแท้ มีการควบคุมตนเอง หรือถูกควบคุมโดยตนเอง และมีหลายระดับความเป็นอิสระ มันแสดงลักษณะการไหลที่ไม่คงที่ซึ่งปรากฏให้เห็นได้จากการมีอยู่ของ ชั้น เฉือน ที่ไม่คงที่สอง ชั้นและโครงสร้างขนาดใหญ่

มีหลายสิ่งที่เรารู้และเข้าใจ และอีกหลายสิ่งที่เรายังคงอยู่ในขอบเขตความรู้เชิงประจักษ์/เชิงพรรณนา เช่นความถี่ ตอบสนองที่เด่นชัด ช่วงของความเร็ว ที่ปรับให้เป็นมาตรฐาน การเปลี่ยนแปลงของมุม เฟส (ซึ่งแรงนำหน้าการเคลื่อนที่ ) และแอมพลิจูด การตอบสนอง ในช่วงการซิงโครไนซ์เป็นฟังก์ชันของพารามิเตอร์ควบคุมและที่มีอิทธิพล การใช้งานในอุตสาหกรรมเน้นให้เห็นถึงความไม่สามารถของเราในการคาดการณ์การตอบสนองแบบไดนามิกของปฏิสัมพันธ์ระหว่างของเหลวและโครงสร้าง การใช้งานเหล่านั้นยังคงต้องการข้อมูลป้อนเข้าของส่วนประกอบเฟสตรงและเฟสตรงข้ามของสัมประสิทธิ์แรงยก (หรือแรงตามขวาง) สัมประสิทธิ์แรงต้านตามแนวเส้น ความยาวสหสัมพันธ์ สัมประสิทธิ์การหน่วง ความหยาบสัมพัทธ์ แรงเฉือน คลื่น และกระแสน้ำ รวมถึงพารามิเตอร์ควบคุมและที่มีอิทธิพลอื่นๆ และดังนั้นจึงต้องการข้อมูลป้อนเข้าของปัจจัยด้านความปลอดภัยที่ค่อนข้างสูงด้วย การศึกษาพื้นฐานรวมถึงการทดลองขนาดใหญ่ (เมื่อผลลัพธ์เหล่านี้ได้รับการเผยแพร่ในวารสารวิชาการ) จะช่วยให้เกิดความเข้าใจที่จำเป็นสำหรับการหาปริมาณความสัมพันธ์ระหว่างการตอบสนองของโครงสร้างกับพารามิเตอร์ที่ควบคุมและมีอิทธิพล

สิ่งสำคัญที่ควรเน้นย้ำอย่างยิ่งก็คือ ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีในห้องปฏิบัติการในปัจจุบันนั้นเกี่ยวข้องกับการปฏิสัมพันธ์ของวัตถุแข็ง (ส่วนใหญ่และสำคัญที่สุดคือทรงกระบอกกลม) ซึ่งมีระดับความเป็นอิสระลดลงจากหกเหลือเพียงหนึ่ง (เช่น การเคลื่อนที่ตามแนวขวาง) กับการไหลแบบแยกส่วนสามมิติ ซึ่งถูกครอบงำด้วยโครงสร้างกระแสน้ำวนขนาดใหญ่

• การสั่นสะเทือนแบบแอโรอิลาสติก
• ถนนคาร์มันวน
• พลังแห่งกระแสน้ำวน
• การหลุดของกระแสน้ำวน

• Bearman, PW (1984). "การเกิดกระแสน้ำวนจากวัตถุทึบที่สั่นไหว". Annual Review of Fluid Mechanics . 16 : 195– 222. Bibcode : 1984AnRFM..16..195B . doi : 10.1146/annurev.fl.16.010184.001211 .
• Williamson, CHK; Govardhan, R. (2004). "การสั่นสะเทือนที่เกิดจากกระแสน้ำวน". Annual Review of Fluid Mechanics . 36 : 413–455 . Bibcode : 2004AnRFM..36..413W . doi : 10.1146/annurev.fluid.36.050802.122128 . S2CID  58937745 .
• Sarpkaya, T. (1979). "การสั่นที่เกิดจากกระแสน้ำวน: การทบทวนแบบเลือกสรร". วารสารกลศาสตร์ประยุกต์ . 46 (2): 241– 258. Bibcode : 1979JAM....46..241S . doi : 10.1115/1.3424537 .
• Sarpkaya, T. (2004). "บทวิจารณ์เชิงวิพากษ์เกี่ยวกับธรรมชาติที่แท้จริงของการสั่นสะเทือนที่เกิดจากกระแสน้ำวน". Journal of Fluids and Structures . 19 (4): 389– 447. Bibcode : 2004JFS....19..389S . doi : 10.1016/j.jfluidstructs.2004.02.005 . hdl : 10945/15340 .
• Sarpkaya, T.; Isaacson, M. (1981). กลศาสตร์ของแรงคลื่นบนโครงสร้างนอกชายฝั่ง . Van Nostrand Reinhold . ISBN 978-0-442-25402-5.
• Sumer, B. Mutlu; Fredsøe, Jørgen (2006). อุทกพลศาสตร์รอบโครงสร้างทรงกระบอกชุดขั้นสูงด้านวิศวกรรมมหาสมุทร เล่มที่ 26 (ฉบับปรับปรุง). World Scientific. ISBN 978-981-270-039-1.
• Naudascher, Edward; Rockwell, Donald (2005) [1994]. การสั่นสะเทือนที่เกิดจากการไหล: คู่มือทางวิศวกรรมสมาคมวิจัยไฮดรอลิกส์ระหว่างประเทศ (IAHR) เล่มที่ 7 (ฉบับแก้ไขปรับปรุงจากฉบับพิมพ์ครั้งแรก) Mineola, นิวยอร์ก, สหรัฐอเมริกา (สำนักพิมพ์ AA Balkema, รอตเตอร์ดัม, เนเธอร์แลนด์): สำนักพิมพ์ Dover ISBN 978-0-486-44282-2.(หมายเหตุ: ฉบับพิมพ์ซ้ำนี้มีรายการแก้ไขข้อผิดพลาดเพิ่มเติมในภาคผนวก)
• Hong, K.-S.; Shah, UH (2018). "การสั่นสะเทือนที่เกิดจากกระแสน้ำวนและการควบคุมท่อส่งน้ำมันใต้ทะเล: บทวิจารณ์". วิศวกรรมมหาสมุทร . 152 : 300– 315. Bibcode : 2018OcEng.152..300H . doi : 10.1016/j.oceaneng.2018.01.086 .

• คลังข้อมูลการสั่นสะเทือนที่เกิดจากกระแสน้ำวนเก็บถาวรเมื่อวันที่ 22 กันยายน 2018 ที่Wayback Machine
• หลักการออกแบบยานยนต์ทางทะเล (หลักสูตร MIT)
• eFunda: บทนำเกี่ยวกับเครื่องวัดอัตราการไหลแบบกระแสน้ำวน