登陆注册
57676100000513

第513章 流体力学史

法国H.皮托发明了测量流速的皮托管;

达朗贝尔对运河中船只的阻力进行了许多实验工作,证实了阻力同物体运动速度之间的平方关系;

瑞士的L.欧拉采用了连续介质的概念,把静力学中压力的概念推广到运动流体中,建立了欧拉方程,正确地用微分方程组描述了无粘流体的运动;

伯努利从经典力学的能量守恒出发,研究供水管道中水的流动,精心地安排了实验并加以分析,得到了流体定常运动下的流速、压力、管道高程之间的关系——伯努利方程。

欧拉方程和伯努利方程的建立,是流体动力学作为一个分支学科建立的标志,从此开始了用微分方程和实验测量进行流体运动定量研究的阶段。

从18世纪起,位势流理论有了很大进展,在水波、潮汐、涡旋运动、声学等方面都阐明了很多规律。

法国J.-L.拉格朗日对于无旋运动,德国H. von 亥姆霍兹对于涡旋运动作了不少研究.

上述的研究中,流体的粘性并不起重要作用,即所考虑的是无粘流体,所以这种理论阐明不了流体中粘性的效应。

将粘性考虑在内的流体运动方程则是法国C.-L.-M.-H.

纳维于1821年和英国G. G.斯托克斯于1845年分别建立的,后得名为纳维-斯托克斯方程,它是流体动力学的理论基础。

由于纳维-斯托克斯方程是一组非线性的偏微分方程,用分析方法来研究流体运动遇到很大困难。

为了简化方程,学者们采取了流体为不可压缩和无粘性的假设,却得到违背事实的达朗伯佯谬——物体在流体中运动时的阻力等于零。

因此,到19世纪末,虽然用分析法的流体动力学取得很大进展,但不易起到促进生产的作用。

与流体动力学平行发展的是水力学(见液体动力学)。

这是为了满足生产和工程上的需要,从大量实验中总结出一些经验公式来表达流动参量之间关系的经验科学。

使上述两种途径得到统一的是边界层理论。

它是由德国L.普朗特在1904年创立的。

普朗特学派从1904年到1921年逐步将N-S方程作了简化,从推理、数学论证和实验测量等各个角度,建立了边界层理论,能实际计算简单情形下,边界层内流动状态和流体同固体间的粘性力。

同时普朗克又提出了许多新概念,并广泛地应用到飞机和汽轮机的设计中去。

这一理论既明确了理想流体的适用范围,又能计算物体运动时遇到的摩擦阻力。使上述两种情况得到了统一。

20世纪初,飞机的出现极大地促进了空气动力学的发展。

航空事业的发展,期望能够揭示飞行器周围的压力分布、飞行器的受力状况和阻力等问题,这就促进了流体力学在实验和理论分析方面的发展。

20世纪初,以茹科夫斯基、恰普雷金、普朗特等为代表的科学家,开创了以无粘不可压缩流体位势流理论为基础的机翼理论,阐明了机翼怎样会受到举力,从而空气能把很重的飞机托上天空。

机翼理论的正确性,使人们重新认识无粘流体的理论,肯定了它指导工程设计的重大意义。

机翼理论和边界层理论的建立和发展是流体力学的一次重大进展,它使无粘流体理论同粘性流体的边界层理论很好地结合起来。随着汽轮机的完善和飞机飞行速度提高到每秒50米以上,又迅速扩展了从19世纪就开始的,对空气密度变化效应的实验和理论研究,为高速飞行提供了理论指导。20世纪40年代以后,由于喷气推进和火箭技术的应用,飞行器速度超过声速,进而实现了航天飞行,使气体高速流动的研究进展迅速,形成了气体动力学、物理-化学流体动力学等分支学科。

从20世纪60年代起,流体力学开始了流体力学和其他学科的互相交叉渗透,形成新的交叉学科或边缘学科,如物理-化学流体动力学、磁流体力学等;原来基本上只是定性地描述的问题,逐步得到定量的研究,生物流变学就是一个例子。

以这些理论为基础,20世纪40年代,关于炸药或天然气等介质中发生的爆轰波又形成了新的理论,为研究原子弹、炸药等起爆后,激波在空气或水中的传播,发展了爆炸波理论。

此后,流体力学又发展了许多分支,如高超声速空气动力学、超音速空气动力学、稀薄空气动力学、电磁流体力学、计算流体力学、两相(气液或气固)流等等。

这些巨大进展是和采用各种数学分析方法和建立大型、精密的实验设备和仪器等研究手段分不开的。

从50年代起,电子计算机不断完善,使原来用分析方法难以进行研究的课题,可以用数值计算方法来进行,出现了计算流体力学这一新的分支学科。

与此同时,由于民用和军用生产的需要,液体动力学等学科也有很大进展。

20世纪60年代,根据结构力学和固体力学的需要,出现了计算弹性力学问题的有限元法。

经过十多年的发展,有限元分析这项新的计算方法又开始在流体力学中应用,尤其是在低速流和流体边界形状甚为复杂问题中,优越性更加显著。

21世纪以来又开始了用有限元方法研究高速流的问题,也出现了有限元方法和差分方法的互相渗透和融合。

同类推荐
  • 你来过这个世界

    你来过这个世界

    山婆来了,山婆来了,快跑啊!不要等她啦!哈哈哈三个男孩子在前面飞快的跑着,哥,等等我,等等我,呜哇哇,不要跑啊,呜呜,一个肉墩儿在身后惊恐的跟着跑……
  • 边关猎蛊

    边关猎蛊

    游钓江湖野水,猎杀水鬼;蛰伏边关深山,降蛊伏妖......美女天师领我去边关猎杀妖蛊,誓要扫尽天下一切害人虫!......
  • 再世浮华
  • 化外宝地

    化外宝地

    古宅老院,化外宝地,十亩良田,日出而做,日做而息,种瓜得瓜,种豆得豆。远离都市的灯红酒绿、车水马龙、尔虞我诈,从此过上安逸随性的生活。我选择这样活着……交流群:306153606,申请验证书名
  • 走过那些年走过青春

    走过那些年走过青春

    走过青春,走过迷茫,书写人生华章。每个人都是平凡的人,做的都是平凡的事,仅以此书献给底层的年青人,不屈是上升的唯一通道!
热门推荐
  • 那就做陌生人好了

    那就做陌生人好了

    喜欢只是一瞬间的事儿,一个转身,错过的,是满满的青春,只有撕心裂肺的痛楚
  • 我们再见雪落时

    我们再见雪落时

    他在暖雪时遇见了她,他在夏雨时失去了她。两种命运在此交汇。(瞎凑的)
  • 年华逝去的我们

    年华逝去的我们

    一次意外的相遇,让他和她开始了细细的牵绊,默默地爱着,却是最深刻的、最深沉的。当浮华散去,拨开云雾,对望相守的始终是他。在最灿烂的年华遇见,在最美丽的年华相知,最后的年华用来相守。两个人相遇时彼此的年华已经开始交融。(小透明的小作品~~)
  • 天行

    天行

    号称“北辰骑神”的天才玩家以自创的“牧马冲锋流”战术击败了国服第一弓手北冥雪,被誉为天纵战榜第一骑士的他,却受到小人排挤,最终离开了效力已久的银狐俱乐部。是沉沦,还是再次崛起?恰逢其时,月恒集团第四款游戏“天行”正式上线,虚拟世界再起风云!
  • 风过无痕之

    风过无痕之

    第一卷爱在红叶纷飞时简介:九十年代末,当陆枫步入一家酒店工作时,遇到了个笑容可亲的女孩——红叶。相处日久之下,他们惊喜的发现,彼此间竟如此的相似,有着共同的爱好、兴趣和追求,于是两人不由自主的深深吸引着,默默相恋着。红豆本是相思子,一寸相思一寸灰。正当他们情难自禁,真正相爱时,尘世的束缚和阻碍却纷至沓来。当你面对一段看不到岸的爱情,是否还会义无反顾地爱下去?会的,我不认输,我不痛苦,我只为你而赌……明天的幸福!那好,此生我为了你的找寻,甘愿付出我所有的灵魂!就算终于还是要失去,那么,请允许我的遗憾少一点。
  • 教师的28个怎么办-教师如何进行研究性学习

    教师的28个怎么办-教师如何进行研究性学习

    “角色”一词源于戏剧,自1934年米德首先运用角色的概念来说明个体在社会舞台上的身份及其行为后,角色的概念被广泛应用于社会学与心理学的研究中。
  • 为卿再战

    为卿再战

    原本以为会平平淡淡的过完一生的主角,没想到梦想成真的穿越了,但是日子和想象中的不一样啊
  • 中国历史上的奸与诈

    中国历史上的奸与诈

    本书分别从不同的侧面,向大家展示了中国古代历史上的奸诈之人,及其所做的奸诈之事。希望它能帮大家认清奸诈之人的嘴脸,给大家带来做人方面的启迪。
  • 戏精对象

    戏精对象

    有个戏精对象是什么体验?“皇上,臣妾....”“.....”秦舒看着侧卧在床上的谢迎,“令郎的胸肌为何如此澎湃?”“娘子可要试试?”“Duck不必了。”“嫂子!”“嘘,小声点,要是被你哥看见我俩在这偷情就完蛋了!”“秦舒!”“皇上,臣妾知错~”
  • 我夺舍了反派大师兄

    我夺舍了反派大师兄

    方铭意外穿越到自己写的小说里,他没有成为主角,而是成为主角的师兄,更糟糕的是这位师兄是位大反派。反派是什么?就是用来被主角捅腰子的。然后轰轰烈烈的去世……为了避免走向这悲惨的结局,方铭决定先下手为强,什么诬陷暗杀投毒都是小道,用心栽培他才是正途。