[分享]流体力学史话

hyacinth

发信人: medal (被给的勋章§─★☆─§有什么意义), 信区: DEM<BR>标  题: 流体力学史话（１）<BR>发信站: BBS 水木清华站 (Wed Dec 15 09:08:11 1999)<BR>　　流体力学是力学学科的重要分支。流体力学是研究液体和气态物质在各种力<BR>作用下的动力学现象与规律，以达到定量测量的目的。连续介质假说是整个流体力<BR>学学科大厦的基础。流体力学是质量守恒、动量守恒、能量守恒这自然界的三大规<BR>律在流体运动现象中的反映。流体力学的研究对象大至天体星云，小至毛细血管中<BR>的细微的血液流动，范围很广。<BR>  本世纪，流体力学得到了大发展，流体力学的发展大大推动了航空、环境等学科的<BR>发展，与其他学科相结合也产生了一些新兴的边缘学科，如：生物流体力学是生物<BR>学与流体力学结合的产物，推动了生物工程学的产生与发展。此外，流体力学还对<BR>整个自然科学的一些根本性的东西产生了 重要的影响，例如：混沌理论的产生就<BR>源自流体力学的一篇论文，而今天混沌理论已经成为了自然科学的重要的基础理<BR>论，是本世纪科学研究的热点之一。<BR>

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发信人: medal (被给的勋章§─★☆─§有什么意义), 信区: DEM<BR>标  题: 流体力学史话（2）<BR>发信站: BBS 水木清华站 (Wed Dec 15 09:10:41 1999)<BR><BR>   流体力学的研究可以追溯到很远。远古时代，箭弩的发明反映了原始人对箭头的流<BR>线型降低摩阻及尾翅的稳定性问题的探索。在我国，墨家经典《墨子》中就有关于浮力规<BR>律的探讨，其他如：北魏贾思勰的《齐名要术》、《淮南子》、以及后来的《太平<BR>寰宇记》、《考工记》等都有关于流体力学问题的记载。曹冲称象、怀丙捞铁牛等都是利<BR>用流体力学知识的脍炙人口的故事。<BR>   而把流体力学真正当作一门学问来研究则是在西方。<BR>   希腊数学家阿基米德（公元前287-212年）导出了浮力定律，正确给出静止的粘性流<BR>体问题的精确解。文艺复兴时期，意大利著名的画家、科学家达芬奇（Leonardo da Vinci<BR>1452-1519）正确推导了一维不可压流动的质量守恒方程。在他的笔记中还有关于波动、<BR>水跃、自由射流等流体力学问题的精确描述。<BR>

hyacinth

发信人: medal (被给的勋章§─★☆─§有什么意义), 信区: DEM<BR>标  题: 流体力学史话（3）<BR>发信站: BBS 水木清华站 (Wed Dec 15 09:14:02 1999)<BR><BR><BR>   世纪的科学发展为流体力学的发展铺平了道路。此时，自然界的三大守恒定律已经为<BR>科学界的共识。1687年牛顿（Isaac Newton 1642-1727）发表的《自然哲学的数学原理》<BR>对几乎所有普通流体的粘性性状作了如下的简单描述："流体的两部分（若其他情形一<BR>样）由于缺乏润滑性而引起的阻力，同流体两部分彼此分开的速度成正比"。今天，这种<BR>符合线性粘度率的流体被称为"牛顿流体"。牛顿用这种关系推导出了旋转圆柱体周围的<BR>速度分布。<BR><BR>   18世纪，一大批有名望的数学家、力学家忽略了流体的粘性，把流体当作无粘的理想<BR>流体来研究。他们利用牛顿的微积分作为流体力学研究的有利工具、以三大守恒定律为流<BR>体力学研究的基础，使流体力学得到了长足的发展。1738年伯努利（Daniel Bernoulli<BR>1700-1782）证明：在无粘流体中，压力梯度和加速度之间存在着比例关系。微积分大师<BR>欧拉（Leonhard Euler 1707-1783）1755年推导出了伯努利方程。同时，达朗贝尔<BR>（J.le R.d'Alembert 1717-1783）1752年发表了著名的"达朗贝尔佯缪"：浸在无粘流体<BR>中的运动物体的阻力为零。在此之后，拉格朗日（J.-L. Lagrange 1736-1813）和拉普拉<BR>斯（P.-S. Laplace 1749-1827）等著名的数学家、力学家将新兴的流体运动学推向了完美<BR>的分析高度。<BR>

hyacinth

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<TD  vAlign=top>发信人: medal (被给的勋章§─★☆─§有什么意义), 信区: DEM<BR>标  题: 流体力学史话（4）<BR>发信站: BBS 水木清华站 (Wed Dec 15 09:15:15 1999)<BR><BR><BR>  然而，对于从事实际工作的工程师来说，因为无粘的理想流体的许多结论与实际相去甚<BR>远，许多理论流体力学的结论，如"达朗贝尔佯缪"对他们是不可以容忍的。于是当时的流<BR>体力学不得不分成流体理论和水力学两个分支。在前一学科中，数学家继续做完美的理论<BR>推导；而后者则完全放弃了理论，完全建立在实际测量基础之上。直到本世纪初，这种<BR>状况一直持续了150年左右。<BR></TD>
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hyacinth

发信人: medal (被给的勋章§─★☆─§有什么意义), 信区: DEM<BR>标  题: 流体力学史话（5）<BR>发信站: BBS 水木清华站 (Wed Dec 15 09:17:07 1999)<BR><BR>   上一个世纪，一些科学家看到了理论流体与工程实际相差太远，试图给欧拉的理想<BR>流体运动方程加上摩擦力项。纳维（Navier 1827），柯西（Cauchy 1828），<BR>泊松（Poisson1829），圣维南（St.Venant 1843）和斯托克斯（Stokes<BR>1845）分别以自己不同的方式对欧拉方程作了修正。Stokes首次采用动力粘性系数μ。<BR>现在，这些粘性流体的基本方程称为Navier-Stokes方程。但是由于N-S方程是数学中最为<BR>难解的非线性方程中的一类，寻求它的精确解是非常困难的事。直至今天，大约也只有70<BR>多个精确解。<BR><BR>   19世纪末叶，流体力学的一个重要发展就是雷诺（O.Reynolds 1842-1912）的研究<BR>工作。在19世纪前叶已经发现流体运动可以分为光滑流动的层流和不规则的湍流。1883年，<BR>雷诺用实验用无量纲数Re(=ρUL/μ)表明了影响流动是层流还是湍流的决定因素。<BR>   湍流问题是流体运动的主要形式，湍流问题已经成为流体力学的最重要的课题之一。<BR>但是由于问题的复杂性，到目前为止，湍流机制仍然不甚明了，有的流体力学家甚至认为<BR>现在仍然看不到能够解决的迹象。<BR>   1904年，近代流体力学的奠基人---德国著名的流体力学家普朗特(L.Prandtl)发表的<BR>边界层理论改变了上述的流体力学两个分支互不联系的状况，将流体力学理论与工程实际<BR>高度结合。他证明：小粘度流体流动中存在着薄的边界层，在边界层中粘性起重要的作用；<BR>而在边界层以外的流场中粘性可以忽略，可以按照无粘流体来处理。边界层理论与机翼<BR>理论和气体动力学一道成为了现代流体动力学的基石。<BR>   本世纪，卡门、泰勒等人也对流体力学的发展作出了重要的贡献。<BR>   40年代以后，由于计算机技术的发展，对流体问题进行数值模拟和计算成为了可能，<BR>并开辟了一个新的分支---计算流体力学。<BR>   湍流无疑是流体力学中最困难的课题，从理论上来说，湍流是连续无限维非线性耗<BR>散系统，较之离散的巨量分子系统的统计分析要困难得多。从传统的流体力学方法来说，<BR>由于湍流具有极宽的频谱和波数带，无论是实验，还是数值计算都十分困难。我们现有<BR>的仪器和计算机条件都还是不足以充分了解湍流的细节。另一方面,湍流是十分普遍的宏<BR>观现象，工程流动和自然现象的预测和控制极需要湍流知识（包括理论及计算方法，实<BR>用模型和有效的测试方法等〕湍流研究的进步无疑会带来巨大的经济和社会效益，从湍<BR>流现象的复杂程度来说，我们不能奢望在短时期内能够彻底弄清它的全部细节，需要不<BR>懈地努力来探索连续无限维耗散系统方面的新概念，新理论和复杂流场的精细测量技术，<BR>总之，必须有观察，测量，直接数值模拟和理论分析的全面结合，才能有望最终充分了<BR>解湍流相干结构.<BR>

tiangfeng

谢谢分享！！[em01]

a6straw

感觉重要的就是那几个人<br>欧拉/雷诺/普朗特（/卡门/泰勒）<br>个人偏爱泰勒<br>

huadongABC

谢谢，蛮好的

幻觉

谢谢,很好

paradize

thanks!

61166

长见识,谢谢

gaoshan

湍流的确很有挑战性啊

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不错

steve0909

学习