流体力学发展史及其在实际工程中的应用.ppt

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1、流 体 力 学,内 容一、人类早期的梦想和探索二、早期的流体力学三、十九世纪的流体力学四、二十世纪的流体力学,人类早期的梦想和探索,墨子记载：“公输子削竹木以为鹊，成而飞之，三日不下。”,人类早期的梦想和探索,阿基米德（Archimedes,BC287BC212）古希腊哲学家、数学家、物理学家。兼力学和物理学的伟大学者，享有“力学之父”的美称。,“假如给我一个支点，我就能撬起地球。”,人类早期的梦想和探索,发现阿基米德定律（浮力原理）；,浮力原理,曹冲（196-208）称象,人类早期的梦想和探索,列奥纳多达芬奇（Leonardo Da Vinci,1452-1519）文艺复兴的代表人物之一，是

2、世界文化史上最伟大的人物之一；意大利著名的艺术家、科学家和工程师，航空科学研究的创始人。,Da Vinci(1452-1519),萨顿曾指出：“写一部有关他的天才作品的完整研究著作，也就意味着写一部十五世纪科学技术的真正百科全书。”,人类早期的梦想和探索,在许多学科学领域都颇有建树,达芬奇遗留手稿,水利机械,鸟的飞翔原理,早期的流体力学,牛顿（Isaac Newton，1642-1727）英国伟大的数学家、物理学家、天文学家和自然哲学家。牛顿在科学上最卓越的贡献是微积分和经典力学的创建。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。提出了“牛顿粘性定律”；牛顿并没有建立起流

3、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距。,Newton(1642-1727),早期的流体力学,伯努利（Daniel Bernoulli，1700-1782）瑞士物理学家、数学家、医学家；著名的伯努利家族中最杰出的一位；被称为“流体力学之父”。,Bernoulli(1700-1782),流体动力学(Hydrodynamica)(1738年出版),伯努利发明的血压测量原理,伯努利血压测量方法优点：血压测量准确；缺点：给病人带来痛苦；,这种测量血压的方法，在伯努利之后仍然应用了达170年之久。,早期的流体力学,伯努利方程1738年伯努利(D.Bernoulli)提出了

4、著名的伯努利方程.流速高处压力低，流速低处压力高。,静压+动压=总压=常数(Static pressure)(Dynamic pressure)(Total pressure)(Constant),伯努利方程的应用,机翼升力原理,早期的流体力学,足球场上著名的“贝氏弧线”,早期的流体力学,为什么两艘轮船相离很近前进时容易相撞？,一艘渡船和一艘运输船在巴哈马水域相撞,两船相撞的原理,早期的流体力学,Euler(1707-1783),欧拉（Leonhard Euler，1707-1783）,瑞士数学家和物理学家。数学：第一个使用“函数”，把微积分应用于物理学的先驱者之一；理想流体基本方程欧拉方程（

5、1736）；能被用来研究冲击波。,早期的流体力学,欧拉方程和拉普拉斯（Laplace）方程至今仍空气动力学和水波等理论中应用。,早期的流体力学,达朗贝尔（DAlembert Jean Le Rond）法国著名的物理学家、数学家和天文学家；十八世纪为牛顿力学体系的建立作出卓越贡献的科学家之一；提出了波动方程；第一次提出了流体速度和加速度分量的概念。,DAlembert(1717-1783),早期的流体力学,动力学于1743年出版，是达朗贝尔最伟大的物理学著作 动力学中阐述了著名的达朗贝尔原理：作用于一个物体的外力与动力的反作用之和等于零即 在没有约束时，与牛顿的运动第二定律一致；但这是概念上的变

6、化，有下列重要意义：把动力学问题转化为静力学问题来处理；用于刚体的平面运动时，可利用平面静力学方法，使问题简化；在有约束情况下，用达朗贝尔原理式非常有利；而且为分析力学的创立打下了基础。,早期的流体力学,研究流体的力学研究从牛顿开始，但作为一门学科流体力学，则是18世纪的欧拉，伯努利(Bernoulli)，克莱洛和达朗贝尔打下的基础；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。,早期的流体力学,十九世纪的流体力学,Navier(1785-1836),Stokes(1819-1903),纳维（Claude Loui

7、s Navier,1785-1836）法国工程师和物理学家；建立了流体平衡和运动的基本方程。斯托克斯（1819-1903）英国力学家、数学家；建立粘性流体运动的基本方程组；,十九世纪的流体力学,亥姆霍兹（Hermannvon Helmholtz,1821-1894）德国物理学家，生理学家。亥姆霍兹涡量定理（1858）；,Helmholtz(1821-1894),十九世纪的流体力学,开尔文（Lord Kelvin，18241907)原名威廉汤姆森(William Thomson），爱尔兰的数学物理学家、工程师；受勋后的名为凯尔文男爵一世或领主凯尔文(1st Baron Kelvin或Lord K

8、elvin)；开尔文是热力学的主要奠基人之一，被称为热力学之父。于1848年创立了热力学温标。,Kelvin(1824-1907),十九世纪的流体力学,被称之为“开尔文-赫姆霍兹波浪”的疯狂的云朵,1869年发现 Kelvin环量定理（开尔文-赫姆霍兹定理）被用来解释很多重要的流体现象。开尔文-赫姆霍兹不稳定性,十九世纪的流体力学,雷诺（O.Reynolds，1842-1912）；英国力学家、物理学家和工程师；1883年用实验证实了粘性流体的两种流动状态层流和紊流。,Reynolds(1842-1912),雷诺的实验装置,二十世纪的流体力学,1.德国哥廷根学派的创立普朗特（Ludwig Pra

9、ndtl，18751953），德国物理学家，哥廷根大学教授，近代力学奠基人之一；将19世纪末期的水力学和水动力学研究统一起来，被称为“现代流体力学之父”。,L.Prandtl(18751953),二十世纪的流体力学,1904年，普朗特完成他最著名的一篇论文非常小摩擦下的流体流动。在这篇论文中，普朗特首次描述了边界层及其在减阻和流线型设计中的应用，描述了边界层分离，并提出失速概念。由此，创造了边界层理论。,流体边界层,二十世纪的流体力学,我国流体力学研究做出奠基工作的陆士嘉教授也曾是普朗特的学生。陆士嘉教授（1911-1986）北京航空学院的筹建者之一；中国第一个空气动力学专业奠基者。,陆士嘉（

10、1911-1986）,二十世纪的流体力学,20世纪上半叶的哥廷根大学物理学领域的“麦加”在20世纪上半叶创造了“哥廷根诺贝尔奇迹”；45位诺贝尔奖得主曾在哥廷根大学学习、任教或研究；著名校友还包括：德意志帝国的宰相奥托冯俾斯麦；联邦德国前总统里夏德冯魏茨泽克；前总理格哈特施罗德；德国大诗人海涅；童话作家格林兄弟；第一批原子弹制造者罗伯特奥本海默；金融家约翰皮尔蒙特摩根；哲学家亚瑟叔本华，也曾求学于哥廷根；,哥廷根大学,二十世纪的流体力学,2.美国的崛起冯卡门（T.von Krmn，1881-1963），匈牙利犹太人。提出“卡门涡街”理论、建立“湍流”概念；我国著名科学家钱学森博士的导师；“全世

11、界闻名的工程力学和航空技术权威”；美国国家科学勋章的首位获得者。,T.von Krmn(1881-1963),二十世纪的流体力学,1946年，冯卡门提出跨声速相似律；,可压缩空气动力学理论体系,跨声速相似律（冯卡门）,亚声速相似律（普朗特）,高超声速相似律（钱学森）,超声速相似律（阿克莱）,二十世纪的流体力学,1946年10月，题为超声速空气动力学的理论和应用的重要演讲，向人们宣告了超声速时代即将到来。他对航空航天技术的发展有过很多重要的预见，后来都一一成为现实，例如超声速飞行、远程导弹、全天候飞行、卫星,二十世纪的流体力学,泰勒对力学的贡献 对大气湍流和湍流扩散作了研究(1915,1921,1932)；得出同轴两转动圆轴间流动的失稳条件(1923)；在研究原子弹爆炸中提出强爆炸的自模拟理论(1946,1950)；指出在液滴中起主要作用的是而不是粘性力(1959)。1974年的流体力学综述年刊,Thank you！,6#201B全体成员,