流體力學(xué)發(fā)展史及其在實(shí)際工程中的應(yīng)用

1、流體力學(xué)發(fā)展史及其在實(shí)際工程中的應(yīng)用第1頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)55分，星期四內(nèi) 容一、人類早期的夢(mèng)想和探索二、早期的流體力學(xué)三、十九世紀(jì)的流體力學(xué)四、二十世紀(jì)的流體力學(xué)第2頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)55分，星期四人類早期的夢(mèng)想和探索墨子記載：“公輸子削竹木以為鵲，成而飛之，三日不下?！钡?頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)55分，星期四人類早期的夢(mèng)想和探索阿基米德（Archimedes, BC287BC212）古希臘哲學(xué)家、數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家。兼力學(xué)和物理學(xué)的偉大學(xué)者，享有“力學(xué)之父”的美稱?！凹偃缃o我一個(gè)支點(diǎn)，我就能撬起地球?！钡?頁(yè)，共33頁(yè)

2、，2022年，5月20日，10點(diǎn)55分，星期四人類早期的夢(mèng)想和探索發(fā)現(xiàn)阿基米德定律 （浮力原理）；浮力原理曹沖（196-208）稱象第5頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)55分，星期四人類早期的夢(mèng)想和探索列奧納多達(dá)芬奇（ Leonardo Da Vinci, 1452-1519）文藝復(fù)興的代表人物之一，是世界文化史上最偉大的人物之一； 意大利著名的藝術(shù)家、科學(xué)家和工程師，航空科學(xué)研究的創(chuàng)始人。 Da Vinci (1452-1519)薩頓曾指出：“寫一部有關(guān)他的天才作品的完整研究著作，也就意味著寫一部十五世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的真正百科全書(shū)?！?第6頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)

3、55分，星期四人類早期的夢(mèng)想和探索在許多學(xué)科學(xué)領(lǐng)域都頗有建樹(shù) 達(dá)芬奇遺留手稿水利機(jī)械鳥(niǎo)的飛翔原理 第7頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)55分，星期四早期的流體力學(xué)牛頓（Isaac Newton，1642-1727）英國(guó)偉大的數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、天文學(xué)家和自然哲學(xué)家。牛頓在科學(xué)上最卓越的貢獻(xiàn)是微積分和經(jīng)典力學(xué)的創(chuàng)建。得到阻力與流體密度、物體迎流截面積以及運(yùn)動(dòng)速度的平方成正比的關(guān)系。提出了“牛頓粘性定律”； 牛頓并沒(méi)有建立起流體動(dòng)力學(xué)的理論基礎(chǔ)，他提出的許多力學(xué)模型和結(jié)論同實(shí)際情形還有較大的差距。 Newton (1642-1727)第8頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)55分

4、，星期四早期的流體力學(xué)伯努利（Daniel Bernoulli，1700-1782）瑞士物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家、醫(yī)學(xué)家；著名的伯努利家族中最杰出的一位；被稱為“流體力學(xué)之父”。 Bernoulli (1700-1782)流體動(dòng)力學(xué)(Hydrodynamica) (1738年出版)第9頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)55分，星期四伯努利發(fā)明的血壓測(cè)量原理伯努利血壓測(cè)量方法優(yōu)點(diǎn)：血壓測(cè)量準(zhǔn)確； 缺點(diǎn)：給病人帶來(lái)痛苦；這種測(cè)量血壓的方法，在伯努利之后仍然應(yīng)用了達(dá)170年之久。早期的流體力學(xué)第10頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)55分，星期四伯努利方程1738年伯努利(D. Bern

5、oulli)提出了著名的伯努利方程.流速高處壓力低，流速低處壓力高。 靜壓 + 動(dòng)壓 = 總壓 = 常數(shù) (Static pressure) (Dynamic pressure) (Total pressure) (Constant)第11頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)55分，星期四伯努利方程的應(yīng)用 機(jī)翼升力原理早期的流體力學(xué)第12頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)55分，星期四 香蕉球的原理只平動(dòng)(向下)只旋轉(zhuǎn)平動(dòng)加旋轉(zhuǎn)足球場(chǎng)上著名的“貝氏弧線” 早期的流體力學(xué)第13頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)55分，星期四為什么兩艘輪船相離很近前進(jìn)時(shí)容易相撞？ 一艘

6、渡船和一艘運(yùn)輸船在巴哈馬水域相撞 兩船相撞的原理早期的流體力學(xué)第14頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)55分，星期四Euler (1707-1783)歐拉（Leonhard Euler ，1707-1783）,瑞士數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家。數(shù)學(xué)：第一個(gè)使用“函數(shù)”，把微積分應(yīng)用于物理學(xué)的先驅(qū)者之一；理想流體基本方程歐拉方程（1736）；能被用來(lái)研究沖擊波。 早期的流體力學(xué)第15頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)55分，星期四歐拉方程和拉普拉斯（Laplace）方程至今仍空氣動(dòng)力學(xué)和水波等理論中應(yīng)用。早期的流體力學(xué)第16頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)55分，星期四達(dá)朗貝

7、爾（DAlembert Jean Le Rond ）法國(guó)著名的物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家和天文學(xué)家；十八世紀(jì)為牛頓力學(xué)體系的建立作出卓越貢獻(xiàn)的科學(xué)家之一；提出了波動(dòng)方程； 第一次提出了流體速度和加速度分量的概念。 DAlembert (1717-1783)早期的流體力學(xué)第17頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)55分，星期四動(dòng)力學(xué)于1743年出版，是達(dá)朗貝爾最偉大的物理學(xué)著作 動(dòng)力學(xué)中闡述了著名的達(dá)朗貝爾原理：作用于一個(gè)物體的外力與動(dòng)力的反作用之和等于零即 在沒(méi)有約束時(shí) ，與牛頓的運(yùn)動(dòng)第二定律一致；但這是概念上的變化，有下列重要意義： 把動(dòng)力學(xué)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為靜力學(xué)問(wèn)題來(lái)處理； 用于剛體的平面運(yùn)動(dòng)時(shí)，

8、可利用平面靜力學(xué)方法，使問(wèn)題簡(jiǎn)化； 在有約束情況下，用達(dá)朗貝爾原理式非常有利； 而且為分析力學(xué)的創(chuàng)立打下了基礎(chǔ)。 早期的流體力學(xué)第18頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)55分，星期四研究流體的力學(xué)研究從牛頓開(kāi)始，但作為一門學(xué)科流體力學(xué)，則是18世紀(jì)的歐拉，伯努利(Bernoulli)，克萊洛和達(dá)朗貝爾打下的基礎(chǔ)；歐拉方程和伯努利方程的建立，是流體動(dòng)力學(xué)作為一個(gè)分支學(xué)科建立的標(biāo)志，從此開(kāi)始了用微分方程和實(shí)驗(yàn)測(cè)量進(jìn)行流體運(yùn)動(dòng)定量研究的階段。 早期的流體力學(xué)第19頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)55分，星期四十九世紀(jì)的流體力學(xué)Navier (1785-1836)Stokes (

9、1819-1903)納維（Claude Louis Navier, 1785-1836）法國(guó)工程師和物理學(xué)家；建立了流體平衡和運(yùn)動(dòng)的基本方程。斯托克斯（1819-1903）英國(guó)力學(xué)家、數(shù)學(xué)家；建立粘性流體運(yùn)動(dòng)的基本方程組 ； 第20頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)55分，星期四十九世紀(jì)的流體力學(xué)亥姆霍茲（ Hermannvon Helmholtz,1821-1894）德國(guó)物理學(xué)家，生理學(xué)家。亥姆霍茲渦量定理（1858）；Helmholtz (1821-1894)第21頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)55分，星期四十九世紀(jì)的流體力學(xué)開(kāi)爾文（Lord Kelvin ，182

10、41907)原名威廉湯姆森(William Thomson），愛(ài)爾蘭的數(shù)學(xué)物理學(xué)家、工程師；受勛后的名為凱爾文男爵一世或領(lǐng)主凱爾文(1st Baron Kelvin或Lord Kelvin)；開(kāi)爾文是熱力學(xué)的主要奠基人之一，被稱為熱力學(xué)之父。于1848年創(chuàng)立了熱力學(xué)溫標(biāo)。Kelvin (1824-1907)第22頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)55分，星期四十九世紀(jì)的流體力學(xué)被稱之為“開(kāi)爾文-赫姆霍茲波浪”的瘋狂的云朵 1869年發(fā)現(xiàn) Kelvin環(huán)量定理（開(kāi)爾文-赫姆霍茲定理）被用來(lái)解釋很多重要的流體現(xiàn)象。開(kāi)爾文-赫姆霍茲不穩(wěn)定性第23頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)

11、55分，星期四十九世紀(jì)的流體力學(xué)雷諾（O.Reynolds，1842-1912）；英國(guó)力學(xué)家、物理學(xué)家和工程師；1883年用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了粘性流體的兩種流動(dòng)狀態(tài)層流和紊流。Reynolds (1842-1912)雷諾的實(shí)驗(yàn)裝置第24頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)55分，星期四二十世紀(jì)的流體力學(xué)1. 德國(guó)哥廷根學(xué)派的創(chuàng)立普朗特（Ludwig Prandtl，18751953），德國(guó)物理學(xué)家，哥廷根大學(xué)教授，近代力學(xué)奠基人之一；將19世紀(jì)末期的水力學(xué)和水動(dòng)力學(xué)研究統(tǒng)一起來(lái)，被稱為“現(xiàn)代流體力學(xué)之父”。 L. Prandtl (18751953)第25頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，

12、10點(diǎn)55分，星期四二十世紀(jì)的流體力學(xué)1904年，普朗特完成他最著名的一篇論文非常小摩擦下的流體流動(dòng)。在這篇論文中，普朗特首次描述了邊界層及其在減阻和流線型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，描述了邊界層分離，并提出失速概念。 由此，創(chuàng)造了邊界層理論。流體邊界層 第26頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)55分，星期四二十世紀(jì)的流體力學(xué)我國(guó)流體力學(xué)研究做出奠基工作的陸士嘉教授也曾是普朗特的學(xué)生。陸士嘉教授（1911-1986）北京航空學(xué)院的籌建者之一；中國(guó)第一個(gè)空氣動(dòng)力學(xué)專業(yè)奠基者。陸士嘉（1911-1986）第27頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)55分，星期四二十世紀(jì)的流體力學(xué)20世紀(jì)上半葉的

13、哥廷根大學(xué)物理學(xué)領(lǐng)域的“麥加”在20世紀(jì)上半葉創(chuàng)造了“哥廷根諾貝爾奇跡”；45位諾貝爾獎(jiǎng)得主曾在哥廷根大學(xué)學(xué)習(xí)、任教或研究； 著名校友還包括：德意志帝國(guó)的宰相奧托馮俾斯麥；聯(lián)邦德國(guó)前總統(tǒng)里夏德馮魏茨澤克；前總理格哈特施羅德；德國(guó)大詩(shī)人海涅；童話作家格林兄弟；第一批原子彈制造者羅伯特奧本海默；金融家約翰皮爾蒙特摩根；哲學(xué)家亞瑟叔本華，也曾求學(xué)于哥廷根； 哥廷根大學(xué)第28頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)55分，星期四二十世紀(jì)的流體力學(xué)2. 美國(guó)的崛起馮卡門（ T.von Krmn，1881-1963），匈牙利猶太人。 提出“卡門渦街”理論、建立“湍流”概念；我國(guó)著名科學(xué)家錢學(xué)森博士的導(dǎo)

14、師；“全世界聞名的工程力學(xué)和航空技術(shù)權(quán)威” ；美國(guó)國(guó)家科學(xué)勛章的首位獲得者。 T.von Krmn (1881-1963)第29頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)55分，星期四二十世紀(jì)的流體力學(xué)1946年，馮卡門提出跨聲速相似律；可壓縮空氣動(dòng)力學(xué)理論體系跨聲速相似律 （馮卡門）亞聲速相似律（普朗特） 高超聲速相似律（錢學(xué)森）超聲速相似律（阿克萊）第30頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)55分，星期四二十世紀(jì)的流體力學(xué)1946年10月，題為超聲速空氣動(dòng)力學(xué)的理論和應(yīng)用的重要演講，向人們宣告了超聲速時(shí)代即將到來(lái)。 他對(duì)航空航天技術(shù)的發(fā)展有過(guò)很多重要的預(yù)見(jiàn)，后來(lái)都一一成為現(xiàn)實(shí)，例如超聲速飛行、遠(yuǎn)程導(dǎo)彈、全天候飛行、衛(wèi)星 第31頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月2