现代流体力学研究进展与展望.pdf

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1、现代流体力学研究进展及展望常凯（土木工程学院，0214132）摘要：文章介绍流体力学的研究进展。着重介绍粘性流体力学研究的若干进展。关键字：流体力学，粘性流体力学，边界层理论0.引言连续性方程。尤其是欧拉于1775年提出了流体是气体和液体的总称。流体力学也流体运动的描述方法和无粘性流体运动的是一个广义的概念，其下面有很多的分支，方程组，推动了无粘性流动，包括有自由面如：地球流体力学、水动力学、气动力学、的水波运动的研究。所以，欧拉是理论流体渗流力学、物理-化学流体动力学、多相流体动力学的奠基人。19世纪的主要进展是对无力学、等离子体动

2、力学和电磁流体力学、环粘有旋和粘性流动的初步研究。1823年，境流体力学、生物流变学等等。因此，流体1845年，纳维、斯托克斯分别导出了粘性流力学既包含自然科学的基础理论，又涉及工体运动的基本方程组，这就是著名的N-S方程技术科学方面的应用。以上主要是从研究程，并为当时哈恨、泊肃叶通过实验得到的对象的角度来说明流体力学的内容和分支。圆管中粘性流体的流量公式所验证，这是粘此外，如从流体作用力的角度，则可分为流性流体运动理论的发端。1858年，亥姆霍兹体静力学、流体运动学和流体动力学；从对给出的定理是研究旋涡运动的基本出发点，不同“力学模

3、型”的研究来分，则有理想流所以他们是无粘旋涡运动研究的创始人。19体动力学、粘性流体动力学、不可压缩流体世纪对非线性波开始有了认识，如1834年动力学、可压缩流体动力学和非牛顿流体力罗素对于孤立波的实际观察，1847年斯托克学等。斯获得的有限振幅波的三阶解都是典型的1.经典流体力学的发展例子。通过对双曲型方程的研究，人们发现流体力学是力学的重要分支之一它像了间断解1869年，兰金给出了激波前后的其它学科一样来自生产实践，所以古代的流关系式。这是对流动可压缩性的初步研究结体力学同人类的生产活动有紧密的关系。如果。由此可见，经典流体力学的

4、出现，使我希腊的阿基米德关于浮力的定量理论，帕斯们的认识建立在严密的理论基础上。但是，卡的流体静力学关系，达·芬奇和伽里略对它同具有实际应用，经验半经验的水力学却运动物体阻力的研究。我国从李冰，管仲治分道扬镶了。由于认识水平的限制，还无法水，沈括的浮漏仪，葛洪的飞车到揭暄的旋从理论上解释运动物体所受的阻力(达伦贝涡试验等等。这些成就大多是对客观世界直尔佯谬)，即对于两种最重要的流体:水和空观的定性认识，尚未上升为理论。气，其粘性很小，人们很难理解被经典理论经典流体力学是从17世纪开始形所忽略的摩擦力怎么会在如此程度上影响成的。首先要归

5、功于牛顿发明了微积分。在流体的运动。所以，当时的情况是，水力学他的著作《自然哲学的数学原理》一书中，工程师观察着不能解释的现象，而数学家却他还研究了粘性流体的剪应力公式，声速和解释着观察不到的事物。潮汐理论。在18世纪，1738年，提出了著2.近代流体力学的发展名的伯努里定理。1752年，达伦贝尔获得了从19世纪末开始，人们主要深入细致研究流体粘性运动和高速运动的特性，从而湍流和湍流扩散发生了兴趣，还提出了湍流使理论流体力学可以真正用来指导实践，本的涡扩散理论。到1935年，泰勒建立了均世纪上半叶航空事业的巨大成功就是有说匀各相同性湍

6、流的理论，通过相关或谱分析服力的证明。在这一时期，流体力学的主要的统计方法来研究这种理想化的湍流模型。成就有:尽管这条途径似乎也不能克服湍流研究的1883年，雷诺的实验发现了流体运动的恨本困难，但在这一时期湍流研究的理论成两种运动状态:层流和湍流，它是由后来被果使人们加深了对湍流结构和机理的认识，索末菲尔德命名的雷诺数的大小来决定的，其意义仍是不可估量的。泰勒科学工作的特并假设湍流是由于层流流动产生不稳定的点是善于把深划的物理洞察力和高深的数结果。雷诺还引进了表观湍流应力或虚拟湍学方法结合起来，并擅长设计简单而又完善流应力这个具有基本

7、重要意义的概念，并于的专门实验来证实他的理论。所以，泰勒在1895年导出了雷诺平均方程，这是计算机出力学界的影响是深远的。现以前解决工程问题的主要途径。雷诺发现1911年，卡门证明了圆柱尾流内祸街的的重要性在于它推动了整整一个世纪的湍稳定性，可以解释桥梁风振，机翼颤振等现流研究。尽管湍流问题还没有解决，但人们象。对湍流模型，他提出了相似性原理。1929对它的认识深化了，并解决了大量实际问题，年起定居美国以后，在加州理工学院建立古所以具有划时代的意义。正如雷诺本人所说:根海姆空气动力学实验室(GALCIT)，几乎汇这项研究的结果既有实用

8、价值，也有哲学意集了世界上最优秀的人才，成为当时世界上义。空气动力学的研究中心。那里超前的理论研1904年，普朗特凭他丰富的经验和物理究，为人类的航空航天事业奠定了基础，所直觉，提出了著名的边界层理论。他在海德以他被誉为