Зачем нужны винтовые полосы на дымовых трубах?

Никогда не задумывались для чего на некоторых дымовых трубах делают такие вот винтовые накладки? Отвечаю - интерцепторы (это и есть те самые накладки) служат для предотвращения колебаний трубы, вызванных ветром. Частота вынужденных колебаний может внезапно совпасть с частотой собственных колебаний трубы, и наступит резонанс - труба упадет, а это, мало того, что само по себе неприятно, так еще и кровавый режим СП 20.13330.2016 требует проектировать цилиндрические трубы с защитой от резонансного вихревого возбуждения (кстати, защита может быть и другой - растяжки, гантели всякие и прочая дребедень, не имеющая к аэродинамике отношения).

Давайте сначала промоделируем обтекание сечения круглой трубы потоком воздуха со скоростью 5 м/с. Выглядит обтекание как-то так:

Как видно, при обтекании цилиндра рождается вихревая дорожка, которую так-же называют дорожкой Кармана. Хвост этой дорожки виляет туда-сюда из-за вихрей, которые срываются со стенок цилиндра и имеют противоположные направления вращения: верхний вращается по часовой стрелке, нижний против.

Вихревая дорожка может иметь и макромасштаб: на космическом снимке видно, как она формируется при обтекании воздухом острова:

Да и вообще, циклоны и антициклоны есть тоже, по сути, вихри в дорожке Кармана, только в планетарном масштабе:

Вернемся к нашему сечению цилиндрической трубы. На графике сходимости (снизу от картины обтекания) видно, какую частоту амплитуду имеют колебания вертикальной составляющей скорости (зеленая линия).

Теперь "продуем" сечение трубы с интерцепторами при тех же условиях. На графике видно, что, и амплитуда и частота колебаний значительно уменьшились.

Дорожка Кармана "подуспокоилась":

Механизм действия интерцепторов состоит в следующем: стекающие с них маленькие вихри разрушают основные, большие вихри, стекающие с цилиндра. Энергия течения быстрее рассеивается в тепло, которое уже не может раскачать и разломать нашу трубу. Ну а чтобы наши интерцепторы работали при любом направлении ветра, их закручивают в спираль, чтобы откуда бы ни дул ветер, всегда найдется ребро, перпендикулярное направлению его течения. Вот и вся недолга!

Но это всего лишь небольшое введение к подробному разбору возникновения подъемной силы. Который не обойдется без математики, и вот почему. Давайте прямо на нашем примере приглядимся к передней области цилиндра, где в игру еще не успели вступить силы вязкости (то есть жидкость пока можно считать гидродинамически идеальной):

Думаю, здесь не надо быть Эйлером, чтобы понять, что на этой картинке примерно ВСЕ описывается математически несложным языком.