流体力学发展史（转）

流体力学发展简史   流体力学是力学的一个分支，它主要研究流体本身的静止状态和运动状态，以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动的规律。 流体力学中研究得最多的流体是水和空气。它的主要基础是牛顿运动定律和质量守恒定律，常常还要用到热力学知识，有时还用到宏观电动力学的基本定律、本构方程和物理学、化学的基础知识。 1738年伯努利出版他的专著时，首先采用了水动力学这个名词并作为书名；1880年前后出现了空气动力学这个名词；1935年以后，人们概括了这两方面的知识，建立了统一的体系，统称为流体力学。 除水和空气以外，流体还指作为汽轮机工作介质的水蒸气、润滑油、地下石油、含泥沙的江水、血液、超高压作用下的金属和燃烧后产生成分复杂的气体、高温条件下的等离子体等等。 气象、水利的研究，船舶、飞行器、叶轮机械和核电站的设计及其运行，可燃气体或***的爆炸，以及天体物理的若干问题等等，都广泛地用到流体力学知识。许多现代科学技术所关心的问题既受流体力学的指导，同时也促进了它不断地发展。1950年后，电子计算机的发展又给予流体力学以极大的推动。 流体力学的发展简史 流体力学是在人类同自然界作斗争和在生产实践中逐步发展起来的。古时中国有大禹治水疏通江河的传说；秦朝李冰父子带领劳动人民修建的都江堰，至今还在发挥着作用；大约与此同时，古罗马人建成了大规模的供水管道系统等等。 对流体力学学科的形成作出第一个贡献的是古希腊的阿基米德，他建立了包括物理浮力定律和浮体稳定性在内的液体平衡理论，奠定了流体静力学的基础。此后千余年间，流体力学没有重大发展。 直到15世纪，意大利达·芬奇的著作才谈到水波、管流、水力机械、鸟的飞翔原理等问题；17世纪，帕斯卡阐明了静止流体中压力的概念。但流体力学尤其是流体动力学作为一门严密的科学，却是随着经典力学建立了速度、加速度，力、流场等概念，以及质量、动量、能量三个守恒定律的奠定之后才逐步形成的。 17世纪，力学奠基人牛顿研究了在流体中运动的物体所受到的阻力，得到阻力与流体密度、物体迎流截面积以及运动速度的平方成正比的关系。他针对粘性流体运动时的内摩擦力也提出了牛顿粘性定律。但是，牛顿还没有建立起流体动力学的理论基础，他提出的许多力学模型和结论同实际情形还有较大的差别。  之后，法国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。法国拉格朗日对于无旋运动，德国赫尔姆霍兹对于涡旋运动作了不少研究……。在上述的研究中，流体的粘性并不起重要作用，即所考虑的是无粘流体。这种理论当然阐明不了流体中粘性的效应。 19世纪，工程师们为了解决许多工程问题，尤其是要解决带有粘性影响的问题。于是他们部分地运用流体力学，部分地采用归纳实验结果的半经验公式进行研究，这就形成了水力学，至今它仍与流体力学并行地发展。1822年，纳维建立了粘性流体的基本运动方程；1845年，斯托克斯又以更合理的基础导出了这个方程，并将其所涉及的宏观力学基本概念论证得令人信服。这组方程就是沿用至今的纳维-斯托克斯方程(简称N-S方程)，它是流体动力学的理论基础。上面说到的欧拉方程正是N-S方程在粘度为零时的特例。 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，以儒科夫斯基、恰普雷金、普朗克等为代表的科学家，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。 以这些理论为基础，20世纪40年代，关于***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、***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。近年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。 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。 流体力学的研究内容 　  流体是气体和液体的总称。在人们的生活和生产活动中随时随地都可遇到流体，所以流体力学是与人类日常生活和生产事业密切相关的。大气和水是最常见的两种流体，大气包围着整个地球，地球表面的70%是水面。大气运动、海水运动(包括波浪、潮汐、中尺度涡旋、环流等)乃至地球深处熔浆的流动都是流体力学的研究内容。 20世纪初，世界上第一架飞机出现以后，飞机和其他各种飞行器得到迅速发展。20世纪50年代开始的航天飞行，使人类的活动范围扩展到其他星球和银河系。航空航天事业的蓬勃发展是同流体力学的分支学科——空气动力学和气体动力学的发展紧密相连的。这些学科是流体力学中最活跃、最富有成果的领域。 石油和天然气的开采，地下水的开发利用，要求人们了解流体在多孔或缝隙介质中的运动，这是流体力学分支之一——渗流力学研究的主要对象。渗流力学还涉及土壤盐碱化的防治，化工中的浓缩、分离和多孔过滤，燃烧室的冷却等技术问题。 燃烧离不开气体，这是有化学反应和热能变化的流体力学问题，是物理-化学流体动力学的内容之一。爆炸是猛烈的瞬间能量变化和传递过程，涉及气体动力学，从而形成了爆炸力学。 沙漠迁移、河流泥沙运动、管道中煤粉输送、化工中气体催化剂的运动等，都涉及流体中带有固体颗粒或液体中带有气泡等问题，这类问题是多相流体力学研究的范围。 等离子体是自由电子、带等量正电荷的离子以及中性粒子的集合体。等离子体在磁场作用下有特殊的运动规律。研究等离子体的运动规律的学科称为等离子体动力学和电磁流体力学，它们在受控热核反应、磁流体发电、宇宙气体运动等方面有广泛的应用。 风对建筑物、桥梁、电缆等的作用使它们承受载荷和激发振动；废气和废水的排放造成环境污染；河床冲刷迁移和海岸遭受侵蚀；研究这些流体本身的运动及其同人类、动植物间的相互作用的学科称为环境流体力学(其中包括环境空气动力学、建筑空气动力学)。这是一门涉及经典流体力学、气象学、海洋学和水力学、结构动力学等的新兴边缘学科。 生物流变学研究人体或其他动植物中有关的流体力学问题，例如血液在血管中的流动，心、肺、肾中的生理流体运动和植物中营养液的输送。此外，还研究鸟类在空中的飞翔，动物在水中的游动，等等。 因此，流体力学既包含自然科学的基础理论，又涉及工程技术科学方面的应用。此外，如从流体作用力的角度，则可分为流体静力学、流体运动学和流体动力学；从对不同“力学模型”的研究来分，则有理想流体动力学、粘性流体动力学、不可压缩流体动力学、可压缩流体动力学和非牛顿流体力学等。 流体力学的研究方法 进行流体力学的研究可以分为现场观测、实验室模拟、理论分析、数值计算四个方面： 现场观测是对自然界固有的流动现象或已有工程的全尺寸流动现象，利用各种仪器进行系统观测，从而总结出流体运动的规律，并借以预测流动现象的演变。过去对天气的观测和预报，基本上就是这样进行的。 不过现场流动现象的发生往往不能控制，发生条件几乎不可能完全重复出现，影响到对流动现象和规律的研究；现场观测还要花费大量物力、财力和人力。因此，人们建立实验室，使这些现象能在可以控制的条件下出现，以便于观察和研究。 同物理学、化学等学科一样，流体力学离不开实验，尤其是对新的流体运动现象的研究。实验能显示运动特点及其主要趋势，有助于形成概念，检验理论的正确性。二百年来流体力学发展史中每一项重大进展都离不开实验。  模型实验在流体力学中占有重要地位。这里所说的模型是指根据理论指导，把研究对象的尺度改变(放大或缩小)以便能安排实验。有些流动现象难于靠理论计算解决，有的则不可能做原型实验(成本太高或规模太大)。这时，根据模型实验所得的数据可以用像换算单位制那样的简单算法求出原型的数据。 现场观测常常是对已有事物、已有工程的观测，而实验室模拟却可以对还没有出现的事物、没有发生的现象(如待设计的工程、机械等)进行观察，使之得到改进。因此，实验室模拟是研究流体力学的重要方法。 理论分析是根据流体运动的普遍规律如质量守恒、动量守恒、能量守恒等，利用数学分析的手段，研究流体的运动，解释已知的现象，预测可能发生的结果。理论分析的步骤大致如下： 首先是建立“力学模型”，即针对实际流体的力学问题，分析其中的各种矛盾并抓住主要方面，对问题进行简化而建立反映问题本质的“力学模型”。流体力学中最常用的基本模型有：连续介质、牛顿流体、不可压缩流体、理想流体、平面流动等。 其次是针对流体运动的特点，用数学语言将质量守恒、动量守恒、能量守恒等定律表达出来，从而得到连续性方程、动量方程和能量方程。此外，还要加上某些联系流动参量的关系式(例如状态方程)，或者其他方程。这些方程合在一起称为流体力学基本方程组。 求出方程组的解后，结合具体流动，解释这些解的物理含义和流动机理。通常还要将这些理论结果同实验结果进行比较，以确定所得解的准确程度和力学模型的适用范围。 从基本概念到基本方程的一系列定量研究，都涉及到很深的数学问题，所以流体力学的发展是以数学的发展为前提。反过来，那些经过了实验和工程实践考验过的流体力学理论，又检验和丰富了数学理论，它所提出的一些未解决的难题，也是进行数学研究、发展数学理论的好课题。按目前数学发展的水平看，有不少题目将是在今后几十年以内难于从纯数学角度完善解决的。 在流体力学理论中，用简化流体物理性质的方法建立特定的流体的理论模型，用减少自变量和减少未知函数等方法来简化数学问题，在一定的范围是成功的，并解决了许多实际问题。 对于一个特定领域，考虑具体的物理性质和运动的具体环境后，抓住主要因素忽略次要因素进行抽象化也同时是简化，建立特定的力学理论模型，便可以克服数学上的困难，进一步深入地研究流体的平衡和运动性质。 20世纪50年代开始，在设计携带人造卫星上天的火箭发动机时，配合实验所做的理论研究，正是依靠一维定常流的引入和简化，才能及时得到指导设计的流体力学结论。 此外，流体力学中还经常用各种小扰动的简化，使微分方程和边界条件从非线性的变成线性的。声学是流体力学中采用小扰动方法而取得重大成就的最早学科。声学中的所谓小扰动，就是指声音在流体中传播时，流体的状态(压力、密度、流体质点速度)同声音未传到时的差别很小。线性化水波理论、薄机翼理论等虽然由于简化而有些粗略，但都是比较好地采用了小扰动方法的例子。 每种合理的简化都有其力学成果，但也总有其局限性。例如，忽略了密度的变化就不能讨论声音的传播；忽略了粘性就不能讨论与它有关的阻力和某些其他效应。掌握合理的简化方法，正确解释简化后得出的规律或结论，全面并充分认识简化模型的适用范围，正确估计它带来的同实际的偏离，正是流体力学理论工作和实验工作的精华。 流体力学的基本方程组非常复杂，在考虑粘性作用时更是如此，如果不靠计算机，就只能对比较简单的情形或简化后的欧拉方程或N-S方程进行计算。20世纪30～40年代，对于复杂而又特别重要的流体力学问题，曾组织过人力用几个月甚至几年的时间做数值计算，比如圆锥做超声速飞行时周围的无粘流场就从1943年一直算到1947年。 数学的发展，计算机的不断进步，以及流体力学各种计算方法的发明，使许多原来无法用理论分析求解的复杂流体力学问题有了求得数值解的可能性，这又促进了流体力学计算方法的发展，并形成了“计算流体力学”。 从20世纪60年代起，在飞行器和其他涉及流体运动的课题中，经常采用电子计算机做数值模拟，这可以和物理实验相辅相成。数值模拟和实验模拟相互配合，使科学技术的研究和工程设计的速度加快，并节省开支。数值计算方法最近发展很快，其重要性与日俱增。 解决流体力学问题时，现场观测、实验室模拟、理论分析和数值计算几方面是相辅相成的。实验需要理论指导，才能从分散的、表面上无联系的现象和实验数据中得出规律性的结论。反之，理论分析和数值计算也要依靠现场观测和实验室模拟给出物理图案或数据，以建立流动的力学模型和数学模式；最后，还须依靠实验来检验这些模型和模式的完善程度。此外，实际流动往往异常复杂(例如湍流)，理论分析和数值计算会遇到巨大的数学和计算方面的困难，得不到具体结果，只能通过现场观测和实验室模拟进行研究。 流体力学的展望 从阿基米德到现在的二千多年，特别是从20世纪以来，流体力学已发展成为基础科学体系的一部分，同时又在工业、农业、交通运输、天文学、地学、生物学、医学等方面得到广泛应用。 今后，人们一方面将根据工程技术方面的需要进行流体力学应用性的研究，另一方面将更深入地开展基础研究以探求流体的复杂流动规律和机理。后一方面主要包括：通过湍流的理论和实验研究，了解其结构并建立计算模式；多相流动；流体和结构物的相互作用；边界层流动和分离；生物地学和环境流体流动等问题；有关各种实验设备和仪器等。     空气动力学的发展进程简介

1、公元前的认识     在中国的春秋战国时期（公元前770-221）,中国先民开始兴建大型水利工程，包括灌溉工程、运河工程和堤防工程。当时比较大的灌溉工程有：芍陂、章水十二渠、都江堰和郑国渠。其中，芍陂和都江堰历经两千多年，至今仍再发挥作用。当时对水流运动特性已有足够的认识。 神农氏，传说中的农业和医药的发明者，神农氏教民种五谷，并不单单靠天而收，还教民打井汲水，对农作物进行灌溉。 大禹，水利学的先驱和鼻祖 阿基米德简介     古希腊学者阿基米德（Archimedes）(公元前287----212），意大利西西里岛的叙拉古人，其父亲是天文学家。阿基米德在数学、物理学、天文学等方面做出了重要贡献。     阿基米德是叙拉古国王希龙二世的亲戚，为国王鉴定过王冠。主要论著：论平板的平衡、论浮体。阿基米德是整个历史上最伟大的数学家之一，后人对阿基米德给以极高的评价，常把他和牛顿、高斯并列为有史以来三个贡献最大的数学家。     阿基米德的名著《论浮体》是公元前250年最早的关于流体力学的著作。流体静力学的基本原理（水的浮力原理），即物体在液体中减轻的重量，等于排去液体的重量，后来以“阿基米德原理”著称于世，并由此开创了流体静力学的研究。 2、公元以后至17世纪的定性描述     《Eddas文学集》纪录了一个源于五世纪北欧的古代神话故事。故事说的是有一个以制造兵器为职业的铁匠Wayland，他制造了一套可以穿在身上的飞行翅膀。     根据传说，Wayland制成他的第一套飞行翅膀后，就开始同他的兄弟Egil一同进行实验，也就是作一次试飞。他兄弟问他，“我应当怎么办呢？我在这方面一点也不懂”。Wayland缓慢地强调说道：“顶着风飞，你就容易升高向上，以后，当你下降的时候，要顺着风飞扬”。Egil按照他的话穿好羽毛衣裳，并且立刻高飞在空中，迅速得象鸟一样，忽高忽低，敏捷异常。但是当他要向地面降落时，转了个身，立即随风飞翔，结果头朝下，在他落下来的时候，费了好大的事，才保住脖子没受伤。于是Egil问，“这怎么啦？我必须承认，你的飞翼起飞是好的，但降落不好！”他再加上一句，“假使飞翼的确好的话，我就愿意要它啦。”Wayland答道：“我告诉你的错了。记住这个，每一只能够飞的鸟都顶着风上升同时也这样降落”。 李白在《上李邕》一诗中写到：     大鹏一日同风起，扶摇直上九万里。     假令风歇时下来，犹能簸却沧溟水。     时人见我恒殊调，见余大言皆冷笑。     宣父犹能畏后生，丈夫未可轻年少。       其中，“大鹏一日同风起”一句李白使用的是“同风”而不是“顺风”或者“逆风”，说明诗人虽然没有认识到逆风的作用，但至少认为大鹏鸟在顺风的条件下起飞是不好的，所以用“同风起”。 达.芬奇简介     DaVinci(1452-1519，意大利文艺复兴时期的科学和艺术全才。他是一位名律师和农家女子的私生子，小时侯虽然没有受过正式的教育，主要在家随父亲读书自学，但从小勤奋学习，才智过人，思维敏捷，很快在许多方面做出了令人惊叹的成绩。     他的一生中，曾设计了升降机、潜水艇、研究过鸟的飞行。达芬奇在下列名画中描绘了一幅关于紊流的场景，并写到：乌云被狂风卷散撕裂，沙粒从海滩上扬起，树木弯下了腰。从莫种意义上说拉开了人类对湍流研究的序幕。     3、17-20世纪理想流体力学的发展 牛顿简介     英国著名的数学家和物理学家牛顿（1643-1727）,出生于英国林肯郡伍尔索普乡村，是一个遗腹子，3岁母亲改嫁，将他留给外祖父母。1661年进剑桥三一学院学习，1665年大学毕业获得学士学位。1667年成为三一学院研究员，次年获得文学硕士学位。1669年牛顿的数学老师辞职，推举牛顿接替数学教授。1686年完成“自然哲学之数学原理”，提出了流体运动的内摩擦定律。1695年出任造币厂督办。1701年辞去三一学院教职，1704年出版“光学”，晚年一直担任英国皇家学会主席，从事圣经的研究。     后人评价：牛顿是人类史上最伟大的天才：在数学上，发明了微积分；在天文学上，发现了万有引力定律，开辟了天文学的新纪元；在力学上，总结了三大运动定律，建立了牛顿力学体系；在光学上，发现了太阳光的光谱，发明了反射式望远镜。 莱布尼慈简介     莱布尼慈，德国著名的哲学家和数学家（Leibniz，1646-1716）。1646年7月生于莱比锡一个名门世家，其父亲是一位哲学教授。莱布尼慈从小好学，一生才华横溢，在许多领域做出不同凡响的成就。     莱布尼慈在数学方面最大的成就是发明了微积分，今天微积分中使用的符号是莱布尼慈提出的。后来为了与牛顿争发明权问题，他们之间进行了一场著名的争吵。莱布尼慈自定发明权时间1674年，牛顿1665-1666年。这场争论使英国与欧洲大陆之间的数学交流中断，严重影响了英国数学的发展。     微积分问世后，流体成为数学家们应用微积分的最佳领域。1738年DanielBernoulli出版了“流体力学”一书，将微积分方法引进流体力学中，建立了分析流体力学的理论体系，提出无粘流动流速和压强的关系式，即Bernoulli能量方程。     1755年瑞士数学家欧拉建立了理想不可压流体运动的微分方程组（欧拉方程）。六年后，拉格朗日引入流函数的概念，建立了理想流体无旋运动所满足的动力学条件，提出求解这类运动的复位势法。 伯努利简介     伯努利，D．(DanielBernoulli1700～1782)瑞士物理学家、数学家、医学家。1700年2月8日生于荷兰格罗宁根。著名的伯努利数学家族中最杰出的一位。他是数学家J．伯努利的次子，和他的父辈一样，违背家长要他经商的愿望，坚持学医。     他曾在海得尔贝格、斯脱思堡和巴塞尔等大学学习哲学、论理学、医学。1721年取得医学硕士学位。伯努利在25岁时(1725)就应聘为圣彼得堡科学院的数学院士。8年后回到瑞士的巴塞尔，先任解剖学教授，后任动力学教授，1750年成为物理学教授。在1725～1749年间，伯努利曾十次荣获法国科学院的年度奖。1782年3月17日，伯努利在瑞士巴塞尔逝世，终年82岁。 欧拉简介     欧拉LeonhardEuler（1707－1783年）瑞士数学家．欧拉是世界史上最伟大的数学家之一．他从19岁就开始著书，直到76岁高龄仍继续写作．欧拉晚年不幸双目失明，在失明后的17年里，他还口述著了几本书和约400篇论文。在几乎每个数学领域，都可以看到欧拉的名字。如初等几何的欧拉线、多面体的欧拉定理、立体解析几何的欧拉变换公式、四次方程的欧拉解法、数论中的欧拉函数、微分方程的欧拉方程、级数论中欧拉常数、变分学的欧拉方程、复变函数论欧拉公式等。 达朗贝尔简介     达朗贝尔(JeanLeRondd‘Alembert,1717-1783)，法国著名的物理学家、数学家和天文学家，一生研究了大量课题，完成了涉及多个科学领域的论文和专著，其中最著名的有8卷巨著《数学手册》、力学专著《动力学》、23卷的《文集》、《百科全书》的序言等等。     1743年在《动力学》一书中，达朗贝尔提出了达朗贝尔原理，它与牛顿第二定律相似，但它的发展在于可以把动力学问题转化为静力学问题处理，还可以用平面静力的方法分析刚体的平面运动，这一原理使一些力学问题的分析简单化，而且为分析力学的创立打下了基础。1744年达朗贝尔提出了著名的“达朗贝尔疑题”，即不计流体粘性的话，任意形状的封闭物体，阻力都是零。     1783年10月29日，一位为人们留下了无限光明的科学巨星悄然远逝。这一天，伟大的达朗贝尔永远的离开了世界，永远的离开了他为之奉献终生的科学。他的很多研究成果记载于《宇宙体系的几个要点研究》中。达朗贝尔生前为人类的进步与文明做出了巨大的贡献，也得到了许多荣誉。但在他临终时，却因教会的阻挠没有举行任何形式的葬礼。 4、19-20世纪粘性流体力学的发展     19世纪人们开始认识粘性流体动力学的基本问题。1826年法国工程师纳维（L.M.H.Navavier,1785~1836）将欧拉流体运动方程加以推广，加入了粘性项，导出了粘性流体运动方程。1845年爱尔兰数学家斯托克斯（S.G.G.Stockes，1819~1903)在剑桥大学从另外不同的出发点，也导出了粘性流体运动方程。现在粘性流体运动方程称为纳维-斯托克斯方程或N-S方程。     雷诺在1883年试验粘性流体在小直径圆管流动时，发现实际流动有两种流态，分别称为层流和湍流，相应的阻力规律也不同，决定流态的是一个复合参数，该参数此后被称为雷诺数。1895年他导出了雷诺方程——时均流动的N-S方程。雷诺（OsborneReynolds，1842~1921），英国工程师兼物理学家，维多利亚大学教授。     1904年普朗特提出了边界层理论。他认识到虽然所有的实际流体都是有粘性的，但如果流动的雷诺数很大，那么在流动中粘性力的重要性并不是到处一样的，离开物体表面很远的地方粘性力基本上不起作用，只在物面附近，一层很薄的流体(称边界层)内，粘性力才是重要的，才是必须考虑的。这样就可以把整个流动分成两部分来处理：远离物面的大部分地区可以用无粘的理论作计算，而贴近物面的一层流体的流动需要作粘流计算。这个概念之所以是突破性的，是因为有了它，无粘流的理论找到了应用范围；另一方面粘流计算限制在薄薄的边界面层内，使纳维—斯托克斯方程得以大大地简化，使许多有实用意义的问题能得到解答；这样粘性流理论也得到了一条新的发展道路。普朗特也被称为近代粘性流体力学之父。 LudwigPrandtl简介     LudwigPrandtl1875年2月4日出生于德国弗赖津（Freising）。其父亲是一位在Freising附近农业大学的测量学与工程教授，母亲常年有病在家。从小受父亲的影响，他对物理学、机械和仪器特别感兴趣。1894年入Munich大学深造，1900年获博士学位，博士论文方向是弯曲变形下的不稳定弹性平衡问题研究。     毕业后负责为一家新工厂设计吸尘器设备时，通过实验解决了管道流动中一些基本的流体力学问题，他所设计的吸尘器仅需要原设计功率的1/3，从此对流体力学感兴趣。1901年担任汉诺威（Hanover)科技大学数学工程系的力学教授，在这里Prandtl提出边界层理论（Boundarylayertheory），并开始研究通过喷管的超音速流动问题。     1904年Prandtl在德国海德尔堡（Heidelberg）第三次国际数学年会上发表了著名的关于边界层概念的论文，这一理论为流体力学中物面摩擦阻力、热传导、流动分离的计算奠定了基础，是现代流体力学的里程碑论文，从此Prandtl成为流体力学界的知名学者。以后不久他出任德国著名的哥廷根（Gottingen）大学应用力学系主任、教授，在这里他建造了1904-1930年期间世界上最大的空气动力学研究中心。     在1905-1908年期间，Prandtl进行了大量的通过喷管的超音速流动问题，发展了斜激波（obliqueshockwave)和膨胀波（expansionwave）理论；在1910年-1920年期间，其主要精力转到低速翼型和机翼绕流问题，提出著名的有限展长机翼的升力线理论（liftinglinetheory）和升力面理论；从1920年以后,Prandtl再次研究高速流动问题，提出著名的Prandtl-Glauert压缩性修正准则。1930年以后，Prandtl被认为是国际著名的流体力学大师，1953年在哥廷根病故。     Prandtl毕生在流体力学和空气动力学中的贡献是瞩目的，被认为是现代流体力学和空气动力学之父,他对流体力学的贡献是可获Nobel奖的。在第二次世界大战期间（1939年9月1日-1945年9月2日），Prandtl一直在哥廷根工作，纳粹德国空军为Prandtl实验室提供了新的实验设备和财政资助。 5、空气动力学的发展     20世纪20－30年代，空气动力学的理论和实验得到迅速发展，所建造的许多低速风洞，对各种飞行器研制进行了大量的实验，从而很大程度上改进了飞机的气动外形，实现了飞机动力增加不大的情况下，使飞机的飞行速度从50m/s增大到170m/s。     20世纪创建了空气动力学完整的科学体系，并得到了蓬勃的发展。美国莱特兄弟是两个既有实践经验又有理论知识，且富有想象力和远见的工程师，1903年12月27日，奥维尔·莱特驾驶他们设计制造“飞行者一号”首次试飞成功，这是人类历史上第一架有动力、载人、持续、稳定、可操纵的飞行器。从此开创了飞行的新纪元。其后，飞机的发展推动了空气动力学的迅速发展。     20世纪30－40年代，人类建造了一批超音速风洞，使飞机在40年代末突破了“音障”，50年代随后突破了“热障”，实现了超音速飞行和人造卫星。     20世纪50年代以后，电子计算机的出现，使计算空气动力学得到迅速的发展，理论、实验、计算成为飞行器设计必不可少的途径。 儒可夫斯基简介     儒可夫斯基（Joukowski，1847~1921），俄国数学家和空气动力学家，科学院院士。1868年毕业于莫斯科大学物理系，1886年起历任莫斯科大学和莫斯科高等技术学校教授，直至1921去世，一直在这两所学校工作。他一生有170多部著作，其中60多部是论述空气动力学和飞行器的，是实验和理论空气动力学的创始人。提出著名的环量升力定理。1902年创建了莫斯科大学空气动力学实验室。         冯.卡门简介     冯.卡门（Von,Karman,1881~1963），超声速时代之父，美国空军科技奠基石，现代空气动力学家。1881年出生于匈牙利的布达佩斯。祖父是一个很有名的犹太人，父亲是布达佩斯大学教授。1902年，在布达佩斯皇家理工综合大学获得硕士学位，1908在德国哥廷根大学获得博士学位，师从普朗特教授。1926年移居美国，负责加州理工大学风洞设计工作，提出卡门涡街理论；1935年，提出超声速阻力原则；1938年提出边界层控制理论；1941年提出高速飞行机翼压力分布公式；1946年提出超声速相似律。

 

 

 

 

 

 

转载于:https://www.cnblogs.com/zhangwenbiao/p/3930307.html