流体力学发展历史
流体力学发展历史
270BC Archimedes(287BC-212BC) Buoyancy
1644 E.Torricellie(1608-1647)’s Barometer
1650 B.Pascal(1623-1662) Principle
1662 B.Boyle(1627-1681) Boyle ’s Law 玻意尔－马略特定律：体积与压力成反比 1668 E.Mariotte(1620-1684) Hydrostatics
1678 I.Newton(1642-1723)’s Law on viscosity
1732 H.Pitot(1695-1771) Pitot ’s tube 批脱管
1738 Daniel Bernoulli(1706-1782) Conservation of Energy(Bernoulli Equation) 1752 J.Le.R.D ’Alermbert(1717-1783) D ’Alermber Paradox
1755 L.Eulor(1707-1783) Euler Equations
1777 C.Bossut(1730-1814) First Experiments in water tank
1802 J.L.Gray-Lussac(1778-1850) Gray-Lussac ’s Law P RT ρ=
1809 G.Cayley(1773-1858) Notion on Aviation
1822 C-L-M-H Navier(1785-1836) Fomuler of N-S Equation
1823 F.B.J Fourrier(1768-1830) Laws on Heat Conductivity
1834 J.C Rissell(?-1881) Solitary Wave
1839 GH.L Hagen(1797-1854)
1840 J.L.M.Poissenille(1797-1869) Hagen- Poissenille Flow
1845 H.Von Helmhotz(1821-1894) Vortex Dynamics
1845 G.G.Stokes(1819-1903) N-S Equation
1860 Hemholtz ’s Theorem on Velocity Decomposition
1878 Lord, Reyleigh(1842-1919) Theory on Lifting(Magnus Effect)
1883 O.Reynolds(1842-1919) Experiment on Transition from Laminar to Turbulent 1887 E.Mach(1838-1916) Mach Number
1895 D.J.Kortewey, KDV Equation
1901 H.Beriard ’s Converction
1902 N.E.Joukovsky(1847-1921) Joukovsky ’s Theory on lift
1902 M.W.Kutta(1867-1944) Kutta ’s Condition
1903 飞机上天
1904 KA.Tsiorkovsky(1857-1935) First Cosmic Speed(Priciple for Rockets)
1905 Prandtl Supersonic Wind Tunnel(M=1.5)
1912 Th.von K ’arman(1881-1963) K ’arman V ortex Street
1921 G.I.Taylor(1848-1951) Taylor ’s Vortices
1940 周培源(1902-1993) Modle Theory for Turbulent
1941 钱学森(1911-)& von K ’arman K ’arman-Tsien Formula
流体力学大事年表
公元前3世纪 阿基米德（287－212BC ）发现浮力定律（阿基米德原理）；发明
阿基米德螺旋提水机；
1644 托里拆里（E.Torricelli,1608-1647）制成气压计；导出小孔出
流公式；
1650 帕斯卡（B.Pascal,1623-1662）提出液体中压力传递的帕斯卡原理；
1662 波义尔（R.Boyle,1627-1691）建立气体的波义尔定律；
1668马略特（E.Mariotte，1620－1684），出版专著《论水和其它流体的运动》奠定流体静力学和流体运动学的基础；
1678 牛顿（I.Newton,1642-1727）研究在流体中运动物体所受的阻力，并建立牛顿粘性定律；
1732 皮托（H.Pitot,1695-1771）发明测量流体压力的皮托管；
1738丹尼尔·伯努利（D.Bernoulli,1700-1782）出版《流体动力学》，将力学中的活力（能量）守恒原理引入流体力学，建立伯努利定
理（伯努利方程）；
1752 达朗贝尔（J. le R. D’Alembert,1717-1783）提出理想流体运动的达朗贝尔佯谬；
1755欧拉（L.Euler,1707-1783）导出流体平衡方程和流体运动方程（欧拉方程）；
1763 玻尔达（J-C.Borda,1733-1799）进行流体阻力试验，给出阻力公式，开粘性流体力学研究先河；
1777 玻素（C.Bossut,1730-1814）等完成第一个船池船模试验；
1802 盖·吕萨克（J.L.Gay-Lussac,1778-1850）建立完全气体的状态方程；
1809 凯利（G.Cayley,1773-1858）建立航空飞行器概念；
1822 纳维（C-L-M-H.Navier,1785-1836）导出粘性流体动力学的动量方程；
1822 傅立叶（J-B-J Fourier,1768-1830）建立傅立叶导热定律; 1834 罗素（J,S.Russell）在苏格兰的联合运河上发现孤立波；
1839 哈根（G.H.L.Hagen,1797-1884）和泊肃叶（J.L.M.Poiseuille, 1797-1969）研究圆管内的粘性流动给出哈根－泊肃叶公式；1845 斯托克斯（G.G.Stokes,1819-1903）更简洁严谨地导出粘性流体动力学的动量方程（纳维－斯托克斯方程）；
1845 亥姆霍兹（H. von Helmholtz,1821-1894）建立涡旋的基本概念，奠定涡动力学基础；
1851 斯托克斯研究小球在粘性流体中的运动，给出斯托克斯阻力公式；1860 亥姆霍兹建立流体运动的速度分解定理；
1878 兰姆（https://www.360docs.net/doc/ae17281603.html,mb,1849-1934）出版流体力学经典著作《流体运动的数学理论》,1895年增订再版时改名《流体动力学》；
1878 瑞利（Lord Rayleigh,1842-1919）研究有环量的圆柱绕流问题，发现升力，从理论上解释了马格努斯效应；
1883 雷诺（O.Reynolds,1842-1912）完成著名的雷诺转捩实验，提出雷诺数（Sommerfeld于1908年命名）；
1887 马赫（E.Mach,1838-1916）提出马赫数的概念
1891 兰彻斯特（https://www.360docs.net/doc/ae17281603.html,nchester,1868-1946）提出速度环量概念，建立升力理论，并发展了有限翼展理论；
1895 科特沃赫（D.J.Korteweg）和德弗里斯(G.de Vries)建立KdV方
程；
1901 贝纳尔（H.Benard）研究对流传热稳定性，发现贝纳尔腔；1902－儒科夫斯基（N.E.Joukovsky,1847-1921）导出儒科夫斯基公式，奠定机翼理论基础；
1902 库塔（M.W.Kutta,1867-1944）提出机翼流动的库塔条件；
1902 瑞利建立流体力学的量纲分析和相似理论；
1903 莱特兄弟（W.Wright,1867-1912;O.Wright,1871-1948）人类第一次飞行成功；
1903 齐奥尔可夫斯基（K.A.Tsiolkovsky,1857-1835）导出火箭运动基本公式和第一宇宙速度；
1904 普朗特（L.Prandtl,1875-1953）建立边界层理论；
1905 普朗特建成超音速风洞（马赫数为1.5）；
1910 冯卡门（Th.von Karman,1881-1963）建立卡门涡街理论；
1908 瑞利和索末费尔德（A.Sommerfeld,1868-1951）研究平行流的稳定性，导出索末费尔德方程；
1921 泰勒（G.I.Taylor,1886-1975）提出湍流统计理论基本概念；1923 泰勒研究同心圆筒间旋转流动稳定性，发现泰勒涡；
1940 周培源（1902－1993）创建湍流模式理论；
1926 普朗特提出湍流的混合长度理论；
1941 钱学森（1911－）和冯卡门导出机翼理论的卡门－钱公式；1963 洛伦兹（E.Lorenz）发现混沌和奇怪吸引子。
流体力学的发展现状
流体力学的发展和现状 作为物理的一部分，流体力学在很早以前就得到发展。在19世纪，流体力学沿着两个方面发展，一方面，将流体视为无粘性的，有一大批有名的力学数学家从事理论研究，对数学物理方法和复变函数的发展，起了相当重要的作用; 另一方面，由于灌溉、给排水、造船，及各种工业中管道流体输运的需要，使得工程流体力学，特别是水力学得到高度发展。将二者统一起来的关键是本世纪初边界层理论的提出，其中心思想是在大部分区域，因流体粘性起的作用很小，流体确实可以看成是无粘的。这样，很多理想流体力学理论就有了应用的地方。但在邻近物体表面附近的一薄层中，粘性起着重要的作用而不能忽略。边界层理论则提供了一个将这两个区域结合起来的理论框架。边界层这样一个现在看来是显而易见的现象，是德国的普朗特在水槽中直接观察到的。这虽也是很多人可以观察到的，却未引起重视，普朗特的重大贡献就在于他提出了处理这种把两个物理机制不同的区域结合起来的理论方法。这一理论提出后，在经过约10年的时间，奠定了近代流体力学的基础。 流体力学又是很多工业的基础。最突出的例子是航空航天工业。可以毫不夸大地说，没有流体力学的发展，就没有今天的航空航天技术。当然，航空航天工业的需要，也是流体力学，特别是空气动力学发展的最重要的推动力。就以亚音速的民航机为例，如果坐在一架波音747飞机上，想一下这种有400多人坐在其中，总重量超过300吨，总的长宽有大半个足球场大的飞机，竟是由比鸿毛还轻的空气支托着，这是任何人都不能不惊叹流体力学的成就。更不用说今后会将出现更大、飞行速度更快的飞机。 同样，也不可能想象，没有流体力学的发展，能设计制造排水量超过50万吨的船舶，能建造长江三峡水利工程这种超大规模工程，能设计90万kW汽轮机组，能建造每台价值超过10亿美元的海上采油平台，能进行气候的中长期预报，等等。甚至天文上观测到的一些宇宙现象，如星系螺旋结构形成的机理，也通过流体力学中形成的理论得到了解释。近年来从流体力学的角度对鱼类游动原理的研究，发现了采用只是摆动尾部（指身体大部不动）来产生推进力的鱼类，最好的尾型应该是细长的月牙型。这正是经过几亿年进化而形成的鲨鱼和鲸鱼的尾型，而这些鱼类的游动能力在鱼类中是最好的。这就为生物学进化方面提供了说明，引起了生物学家的很大兴趣。 所以很明显，流体力学研究，既对整个科学的发展起了重要的作用，又对很多与国计民生有关的工业和工程，起着不可缺少的作用。它既有基础学科的性质，又有很强的应用性，是工程科学或技术科学的重要组成部分。今后流体力学的发展仍应二者并重。 本世纪的流体力学取得多方面的重大进展，特别是在本世纪下半叶，由于实验测试技术、数值计算手段和分析方法上的进步，在多种非线性流动以及力学和其他物理、化学效应相耦合的流动等方面呈现了丰富多采的发展态势。 在实验方面，已经建立了适合于研究不同马赫数、雷诺数范围典型流动的风洞、激波管、弹道靶以及水槽、水洞、转盘等实验设备，发展了热线技术、激光技术、超声技术和速度、温度、浓度及涡度的测量技术，流动显示和数字化技术的迅猛发展使得大量数据采集、处理和分析成为可能，为提供新现象和验证新理论创造了条件。 流体力学是在人类同自然界作斗争，在长期的生产实践中，逐步发展起来的。早在几千年前，劳动人民为了生存，修水利，除水害，在治河防洪，农田灌溉，河道航运，水能利用等方面总结了丰富的经验。我国秦代李冰父子根据“深淘滩，低作堰”的工程经验，修建设计的四川都江堰工程具有相当高的科学水平，反映出当时人们对明渠流和堰流的认识已经达
流体力学发展简史.
流体力学发展简史 流体力学作为经典力学的一个重要分支，其发展与数学、力学的发展密不可分。它同样是人类在长期与自然灾害作斗争的过程中逐步认识和掌握自然规律，逐渐发展形成的，是人类集体智慧的结晶。 人类最早对流体力学的认识是从治水、灌溉、航行等方面开始的。在我国水力事业的历史十分悠久。 4000多年前的大禹治水，说明我国古代已有大规模的治河工程。 秦代，在公元前256-前210年间便修建了都江堰、郑国渠、灵渠三大水利工程，特别是李冰父子领导修建的都江堰，既有利于岷江洪水的疏排，又能常年用于灌溉农田，并总结出“深淘滩，低作堰”、"遇弯截角，逢正抽心"的治水原则。说明当时对明槽水流和堰流流动规律的认识已经达到相当水平。 西汉武帝（公元前156-前87）时期，为引洛水灌溉农田，在黄土高原上修建了龙首渠，创造性地采用了井渠法，即用竖井沟通长十余里的穿山隧洞，有效地防止了黄土的塌方。 在古代，以水为动力的简单机械也有了长足的发展，例如用水轮提水，或通过简单的机械传动去碾米、磨面等。东汉杜诗任南阳太守时（公元37年）曾创造水排（水力鼓风机），利用水力，通过传动机械，使皮制鼓风囊连续开合，将空气送入冶金炉，较西欧约早了一千一百年。 古代的铜壶滴漏（铜壶刻漏）--计时工具，就是利用孔口出流
使铜壶的水位变化来计算时间的。说明当时对孔口出流已有相当的认识。 北宋（960-1126）时期，在运河上修建的真州船闸与十四世纪末荷兰的同类船闸相比，约早三百多年。 明朝的水利家潘季顺（1521-1595）提出了"筑堤防溢，建坝减水，以堤束水，以水攻沙"和"借清刷黄"的治黄原则，并著有《两河管见》、《两河经略》和《河防一揽》。 清朝雍正年间，何梦瑶在《算迪》一书中提出流量等于过水断面面积乘以断面平均流速的计算方法。 欧美诸国历史上有记载的最早从事流体力学现象研究的是古希腊学者 阿基米德（Archimedes，公元前287－212），在公元前250年发表学术论文《论浮体》，第一个阐明了相对密度的概念，发现了物体在流体中所受浮力的基本原理──阿基米德原理。 著名物理学家和艺术家列奥纳德达芬奇（Leonardo.da.Vinci,1452－1519）设计建造了一小型水渠，系统地研究了物体的沉浮、孔口出流、物体的运动阻力以及管道、明渠中水流等问题。 斯蒂文（S.Stevin,1548-1620）将用于研究固体平衡的凝结原理转用到流体上。 伽利略（Galileo,1564-1642）在流体静力学中应用了虚位移原理，并首先提出，运动物体的阻力随着流体介质密度的增大和速度
板式塔的流体力学性能的测定
板式塔的流体力学性能的测定 一、实验名称：板式塔的流体力学性能的测定 二、实验目的： 1、对板式塔的结构、立体传质塔板有一个初步认识； 2、对塔板上流体流动状态有初步认识； 3、测定塔板的流体力学性能，包括塔的干板压降、湿板压降、漏液点、雾沫夹带点等。 4、观察流体在塔板上的流动状态。 三、实验原理与流程： 实验流程见图1，来自储槽的水经过转子流量计自塔顶送入板式塔，由鼓风机送来的气体，经过孔板流量计送入塔的底部。塔内共装有三层塔板，从下至上分别是气体分布板、实验塔板、雾沫补集板。实验塔板采用U型压差计测定其压降，漏液和夹带量采用质量测量法。通过风机闸阀和玻璃转子流量计调节气体流量和液体流量，测定不同状态下塔板的流体力学参数，观察塔板上液体流动状态。 四、实验步骤： 1、测定干板压降 将液封管内充满水，启动风机，根据孔板流量计连接的压差计调节气流流量大小，测定塔的干板压降，气体流量由小至大调节。由《化工原理》查询孔流系数，并计算气体流量。测定的压降值与干板压降计算公式进行验证，并计算误差。 干板压降经验式：?d=0.051w0 C02γ v γL (1?φ2) φ-----开孔率（开孔面积/开孔区域，此处取0.2）；γv-----气相密度；γL-----液相密度；
?d-----干板压降，米液柱；C0-----孔流系数；w0-----空气速；（单位如不说明均为国际单位制）（假设矩形孔和导向孔气速一致） 2、测定湿板压降和夹带、漏液 调节气体流量为一定值，打开转子流量计。固定液体流量，将气体流量由小至大调节，每次增加200Pa，直到1600Pa。每个测量点稳定30秒，读取压降，由质量法测量一定时间的漏液量和夹带量。计算每个点的漏液率和夹带率，寻找漏液点和夹带点，并计算出对应的孔气速，确定正常的操作范围。 3、观察塔板上气液接触状态 随着气速的增大，塔板之上的气液接触状态由鼓泡状态，改为泡沫状态，最终达到喷射状态。塔板之上的清液层逐渐减小，泡沫层逐渐升高，甚至达到液泛状态。如不及时打开回流泵，由于塔釜容量有限，将出现降液管液泛，并波及塔内正常操作。观察漏液过程中周期性漏液。观察泡沫层上升和夹带量的关系。 四、数据处理 计算所需参数：孔板流量计计算公式：q v=C0A02?P ρ ,气体管径d1=200mm； 孔板孔径d2=125mm；孔板流量系数C0查询《化工原理》；孔流系数C0=0.76； 立体喷射式塔板：气体为连续相，液体为分散相；矩形帽罩结构，喷射区有圆形喷射孔，上部装有填料板波纹250Y。 开孔区域面积A=0.14㎡；矩形开孔180*60mm(3个)；导向孔24*3mm（78个）；底隙25mm；堰高50mm；堰长350mm；塔径476mm。 数据表格： 干板压降表格 液体流量L=4m3/h 流体力学记录表格
生活中的流体力学知识研究报告
工程流体力学三级项目报告multinuclear program design Experiment Report 项目名称： 班级： 姓名： 指导教师： 日期：
摘要 简要介绍了流体力学在生活中的应用，涉及到体育，工业，生活小窍门等。讨论了一些流体力学原理。许许多多的现象都与流体力学有关。为什么洗衣机老翻衣兜？倒啤酒要注意什么诀窍？高尔夫球为什么是麻脸的？本文将就以上三个问题讨论流体力学中一些简单的原理，如伯努力定律，雷诺数，边界层分离等，展现流体力学的广泛应用，证明流体力学妙趣横生。 关键字：伯努利定律;层流;湍流;空气阻力;雷诺数;高尔夫球
前言 也许，到现在你都有点不会相信，其实我们生活在一个流体的世界里。观察生活时我们总可以发现。生活离不开流体，尤其是在社会高速发展的今天。鹰击长空，鱼翔浅底；汽车飞奔，乒乓极旋，许许多多的现象都与流体力学有关。为什么洗衣机老翻衣兜？倒啤酒要注意什么诀窍？高尔夫球为什么是麻脸的？本文将就以上三个问题讨论流体力学中一些简单的原理，如伯努力定律，雷诺数，边界层分离等，展现流体力学的广泛应用，证明流体力学妙趣横生。生活中的很多事物都在经意或不经意中巧妙地掌握和运用了流体力学的原理，让其行动变得更灵活快捷。
一、麻脸的高尔夫球（用雷诺数定量解释） 不知道大家有没有发现，高尔夫球的表面做成有凹点的粗糙表面，而不是平滑光趟的表面，就是利用粗糙度使层流转变为紊流的临界雷诺数减小，使流动变为紊流，以减小阻力的实际应用例子。最初，高尔夫球表面是做成光滑的，如图1—1，后来发现表面破损的旧球 图1-1光滑面1-2粗糙面 反而打的更远。原来是临界Re数不同的结果。光滑的球由于这种边界层分离得早，形成的前后压差阻力就很大，所以高尔夫球在由皮革改用塑胶后飞行距离便大大缩短了，因此人们不得不把高尔夫球做成麻脸的，即表面布满了圆形的小坑。麻脸的高尔夫球有小坑，飞行时小坑附近产生了一些小漩涡，由于这些小漩涡的吸力，高尔夫球附近的流体分子被漩涡吸引，
力学发展简史
力学发展简史 力学是物理学中发展最早的一个分枝，它和人类的生活与生产联系最为密切。早在遥远的古代，人们就在生产劳动中应用了杠杆、螺旋、滑轮、斜面等简单机械，从而促进了静力学的发展。古希腊时代，就已形成比重和重心的概念，出现杠杆原理；阿基米德(Archimedes，约公元前287～212)的浮力原理提出于公元前二百多年。虽然这些知识尚属力学科学的萌芽，但在力学发展史中应有一定的地位。16世纪以后，由于航海、战争和工业生产的需要，力学的研究得到了真正的发展。钟表业促进了匀速运动的理论；水磨机械促进了摩擦和齿轮传动的研究；火炮的运用推动了拋射体的研究。天体运行的规律提供了机械运动最单纯、最直接、最精确的数据资料，使得人们有可能排除摩擦和空气阻力的干扰，得到规律运动的认识。天文学的发展为力学找到了一个最理想的"实验室"-天体。但是，天文学的发展又和航海事业分不开，只有等到16、17世纪，这时资本主义生产方式开始兴起，海外贸易和对外扩张刺激了航海的发展，这才提出对天文作系统观测的迫切要求。第谷(Tycho Brahe，1546～1601)顺应了这一要求，以毕生精力收集了大量观测数据，为克卜勒 (Johannes Kepler，1571～1630)的研究作了准备。克卜勒于1609年和1619年先后提出了行星运动的三条规律，即克卜勒三大行星运动定律。与此同时，以伽利略 (Galileo Galilei，1564～1642)为代表的物理学家对力学开展了广泛研究，得到了自由落体定律。伽利略的两部著作：《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》(1632年)和《关于力学和运动两种新科学的
KH-BLY板式塔流体力学演示实验装置
KH-BLY板式塔流体力学演示实验装置 一、装置特点： 1、整个装置美观大方，结构设计合理，整体感强，具备强烈的工程化气息，能够充分体现现代化实验室的概念。 2、设备整体为自行式框架结构，并安装有禁锢脚，便于系统的拆卸检修和搬运。 3、本实验装置塔体部分采用全透明优质有机玻璃制作，实验现象清晰，方便学生观察。 4、分别采用三种（筛板、浮阀、泡罩）不同的经典塔板，有助于开阔学生视野。 5、塔体进气位置可调，可验证不同塔板的泛塔气速。 6、装置设计可360度观察，实现全方位教学与实验。 二、装置功能： 1、了解板式塔的基本构造，观察板式塔工作时塔板上的水力状况。 2、学会识别板式塔内出现的几种操作状态，并分析这些操作状态对塔性能的影响。 3、测定不同类型板式塔（筛板、浮阀、泡罩）的水力学特性，并了解其特点。 三、设计参数： 1、常压、常温操作。
2、板式塔：筛板、浮阀、泡罩。 3、筛板、浮阀、泡罩塔板压降：1-5KPa。 4、液体流量：25-250L/h。 5、气体流量：4-40 m3/h。 四、公用设施： 1、水：装置自带水箱循环使用。 2、电：电压AC220V，功率1.0KW，标准单相三线制。每个实验室需配置1~2个接地点（安全地及信号地）。 3、气：空气来自风机（自带气源）。 4、实验物料：水---空气，外配设备：无。 五、主要设备： 1、有机玻璃塔体（筛板、浮阀、泡罩）：φ200×2000mm ，板间距300mm。 2、塔底水封槽：500×400×400 mm，304不锈钢材质，水可自动放净。 3、液体转子流量计：LZB-15， 25—250 L/h。 4、气体转子流量计：LZB-40， 4—40 m3/h。 5、筛孔板：φ3mm孔，等腰三角形排列，开孔率 5.5%。 6、泡罩板：φ50 泡罩3个。 7、浮阀板：φ39标准F型浮阀3个，最小开度2.5，最大开度8.5。 8、U型型管压差计，±3000Pa。 9、鼓风机：旋涡气泵,功率 750W，最大流量72m3/h。 10、接触器、开关、漏电保护空气开关。 11、304不锈钢管路、水箱、管件及阀门。 12、304不锈钢仪表柜：测控、电器设备在实验架上。 13、304不锈钢材质框架1300*550*2200mm(长×宽×高)，带脚轮及禁锢脚。
流体力学结课论文
谈流体力学的研究内容及发展简史 流体力学是力学的一个独立分支，是一门研究流体的平衡和流体机 械运动规律及其实际应用的技术科学，在许多工业部门中都有着广泛应 用，航空工业中飞机的制造离不开空气动力学；造船工业部门要用到水 动力学，与土建类各专业有着更加密切的关系，了解流体动力学的研究 内容及发展简史对学习流体力学知识具有的一定的引导作用，为以后的 学习铺设台阶，引起学习的兴趣。 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。 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。 在流体力学中为简化计算，对流体模型做出了假设：质量守恒;动量 守恒;能量守恒。 在流体力学中常会假设流体是不可压缩流体，也就是流体的密 度为一定值。液体可以算是不可压缩流体，气体则不是。有时也会 假设流体的黏度为零，此时流体即为非粘性流体。气体常常可视为 非粘性流体。若流体黏度不为零，而且流体被容器包围（如管子）， 则在边界处流体的速度为零。 流体的主要物理性质： 1、流体：只能承受压力，一般不能承受拉力与抵抗拉伸变形。液体 有一定的体积，存在一个自由液面；气体能充满任意形状的容器，无一 定的体积，不存在自由液面。 2、流体的连续介质模型 微观：流体是由大量做无规则运动的分子组成的，分子之间存在空隙，但在标准状况下，1cm3液体中含有3.3×1022个左右的分子，相邻分子间的距离约为3.1×10-8cm。1cm3气体中含有2.7×1019个左右的分子，相邻分子间的距离约为3.2×10-7cm。 宏观：考虑宏观特性，在流动空间和时间上所采用的一切特征尺度和特征时间都
板式塔流体力学特性的测定
化工基础实验报告 实验名称板式塔流体力学特性的测定 班级姓名学号成绩 实验时间同组成员 一、实验目的 1、观察塔板上气液两相流动状况，测量气体通过塔板的压力降与空塔气速的关系；测定雾沫夹带量、漏液量与气速的关系； 2、研究板式塔负荷性能图的影响因素，作出筛孔塔板或斜孔塔板的负荷性能图；比较筛孔塔板与斜孔塔板的性能； 二、实验原理 板式塔流体力学特性测定 塔靠自下而上的气体和自上而下的液体逆流流动时相互接触达到传质目的，因此，塔板传质性能的好坏很大程度上取决于塔板上的流体力学状态。当液体流量一定，气体空塔速度从小到大变动时，可以观察到几种正常的操作状态：鼓泡态、泡沫态和喷射态。当塔板在很低的气速下操作时，会出现漏液现象；在很高的气速下操作，又会产生过量液沫夹带；在气速和液相负荷均过大时还会产生液泛等几种不正常的操作状态。塔板的气液正常操作区通常以塔板的负荷性能图表示。负荷性能图以气体体积流量（m 3/s ）为纵坐标，液体体积流量（m 3/s ）为横坐标标绘而成，它由漏液线、液沫夹带线、液相负荷下限线、液相负荷上限线和液泛线五条线组成。当塔板的类型、结构尺寸以及待分离的物系确定后，负荷性能图可通过实验确定。 传质效率高、处理量大、压力降低、操作弹性大以及结构简单、加工维修方便是评价塔板性能的主要指标。为了适应不同的要求，开发了多种新型塔板。本实验装置安装的塔板可以更换，有筛板、浮阀、斜孔塔板可供实验时选用，也可将自行构思设计的塔板安装在塔上进行研究。 筛板的流体力学模型如下： 1) 压降 l c p p p ?+?=? 式中，Δp —塔板总压降，Δp c —干板压降，Δp l —板上液层高度压降， 其中 2 0)( 051.0c u g p v c ρ=? 式中ρv —气相密度，kg/m 3；g —重力加速度，m/s 2，u 0—筛孔气速，m/s ，c 0—筛孔流量系数， 筛板上因液层高度产生的压降Δp l 即液层有效阻力h l ： l l l gh p ρ=? 式中ρl —液相密度，kg/m 3，g —重力加速度,m/s 2，h l —液层有效阻力，m 液柱。 2) 漏液
板式塔流体力学性能测定
实验八、板式塔流体力学性能测定 一、实验目的 1．观察塔板上气、液两相流动状况。 2．测定气体通过塔板的压力降与空塔气速的关系、雾沫夹带率与空塔气速的关系、泄漏率和空塔气速的关系。 3．研究板式塔负荷性能图的影响因素并做出筛板塔的负荷性能图。 二、实验原理 板式塔为逐级接触的气～液传质设备，当液体从上层塔板经溢流管流经塔板与气体形成错流通过塔板，由于塔板上装有一定高度的堰，使塔板上保持一定的液层，然后越过堰从降液管流到下层塔板。气体从下层塔板经筛孔或浮阀、泡罩齿缝等，上升穿过液层进行气液两相接触，然后与液体分开继续上升到上一层塔板。塔板传质的好坏很大程度取决于塔板上的流体力学状况。 1．塔板上的气液两相接触状况及不正常的流动现象。 （1）气液两相在塔板上接触的三种状态： 1）当气体的速度较低时，气液两相呈鼓泡接触状态。塔板上存在明显的清液层，气体以气泡形态分散在清液层中间，气液两相在气泡表面进行传质。 2）当气体速度较高时，气液两相呈泡沫接触状态，此时塔板上清液层明显变薄，只有在塔板表面处才能看到清液，清液层随气速增加而减少，塔板上存在大量泡沫，液体主要以不断更新的液膜形态存在于十分密集的泡沫之间，气液两相以液膜表面进行传质。 3）当气体速度很高时，气液两相呈喷射接触状态，液体以不断更新的液滴形态分散在气相中间，气液两相以液滴表面进行传质。 （2）塔板上不正常的流动现象 1）漏液 当上升的气体速度很低时，气体通过塔板升气孔的动压不足阻止塔板上液层的重力，液体将从塔板的开孔处往下漏而出现漏液现象。 2）雾沫夹带 当上升的气体穿过塔板液层时，将板上的液滴挟裹到上一层塔板引起浓度返混的现象称为雾沫夹带。 3）液泛 当塔板上液体量很大，上升气体速度很高，塔板压降很大时，液体不能顺利地从降液管流下，于是液体在塔板上不断积累，液层不断上升，使塔内整个塔板间都充满积液的现象称为液泛。 2．流体力学性能测定 （1）压降 在塔板的上面和下面气液分离空间中各设置一个测压口，分别连在U型压差计的两端，可以测定气体通过塔板的压降。 压降通常包括干板压降和液层压降两部分。干板压降是指塔内不通液体，只有气体穿过塔板时测得的塔板压降，这部分压降主要是通过筛孔时克服阻力而产生的压降，液层压降是指气体通过塔板的清液层和泡沫层克服阻力而产生的压降。 （2）雾沫夹带率
力学发展简史
力学发展简史 10机械X班XXX 学号:XXX 指导老师：*** 前言：力学是一门独立的基础科学，主要研究能量与力的关系。它一直贯穿于人类的整个生命史，它起源于自然万象。人类早期的生产实践活动是力学最初的起源。人们在建筑、灌溉等劳动中使用杠杆、斜面、汲水器具，逐渐积累起对平衡物体受力情况的认识等等。总体而言，力学是人类通过对自然万象的观察以及推理验证，最后抽象简化建立的自然科学，并建立一些力学模型，如质点，刚体，质点系以及刚体系等。力学的不断发展，时至今日，它已经具备完整的学科结构和体系，并成为机械工程、土木工程、道路桥梁、航空航天工程、材料工程等的基础，在人类的实践活动中无处不在，并且深刻地影响着人类的实践活动。 摘要：在阅读了相关的力学资料后，我对力学的发展史有所了解。本文主要对力学发展史上的几个里程碑进行陈述，并讲述力学在发展和完善的同时，对人类文明的进步所做出的贡献。很早的时候，人民就认识到了力学。古希腊的阿基米德对杠杆平衡、物体重心位置、物体在水中受到的浮力等作了系统研究，确定它们的基本规律，初步奠定了静力学即平衡理论的基础。但是对力和运动之间的关系，只是在欧洲文艺复兴时期以后才逐渐有了正确的认识。 关键词：力学社会生产力资本积累工业化原子力学
在阅读了相关的史料以后，我认为力学的发展史可以用五个阶段简单的概括，分别为：（1）原始力学阶段（2）朦胧力学阶段（3）完整力学阶段（4）理论力学的形成阶段（5）近代力学发展阶段 （1）原始力学阶段 所谓原始力学阶段，主要就是指人类只是简单的使用力学，对力学有一个浅显的认识，但并没有力学的概念。在这个阶段，人类对力的应用只是建立在经验上，这些经验来源于人类对自然现象长期的观察和以及生产劳动中。比如，人类知道利用杆杠撬起重物，懂得利用圆木的滚动作用来移动重物，懂得使用石器这一类的比较坚固的材料去进行生产。人们在建筑、灌溉等劳动中使用杠杆、斜面、汲水等器具，逐渐积累起对“力”的认识，为力学的发展奠定基础。 （2）朦胧力学阶段 顾名思义，在这个阶段，人类对力学的认识有了发展，对力学有一个概念性的认识，但研究性质的东西还是很少，或者说很浅显。这个阶段应该是指欧洲文艺复兴时代以前的时间，也就是从第一阶段末期到伽利略奠定理论力学的基础这段时间。不得不说我们是很聪明的动物，当对某种现象的经验积累到一定程度后，我们能够比较全面的思考这个现象，考虑这个现象的普遍性。15世纪后半期,欧洲进入了文艺复兴时期，封建制度开始解体，资本主义开始兴起，随着商业资本、手工业、航海、和军事的发展，力学也开始迅速发展起来。这一时期有哥伦布的环球航行证实了地球是圆形的。因此地球、太阳和行星的相互关系的问题，便提到科学家的面前，从而推动了动力学的发展。
流体力学历史名人
阿基米德（Archimedes 公元前约287～公元前约212）是古希腊伟大的数学家、物理学家，是静力学和流体力学的创始人． 他公元前287年生于希腊叙拉古附近的一个小村庄．父亲费吉亚是一位数学家和天文学家，是叙拉古王希隆的亲戚．他11岁时去埃及，到当时世界著名学术中心、被誉为“智慧之都”的亚历山大城学习，是著名数学家欧几里得的学生．公元前240年，阿基米德由埃及回到故乡叙拉古，并担任了国王的顾问．从此开始了对科学的全面探索，在物理学、数学等领域取得了举世瞩目的成果，成为古希腊最伟大的科学家之一． 一、阿基米德与物理学 阿基米德一改亚里士多德自然哲学时代重视哲学思辨和推测的风气，开始注意对具体科学技术领域中具体问题的研究，比较重视理论与实际应用的结合，是把技术实践和严密的数学推理结合起来进行静力学系统研究的第一人． 阿基米德一生有约40种发明．“阿基米德螺旋”直到现在仍被广泛应用于机械设计之中，凸轮的轮廓线若采用阿基米德螺旋线，就可以把匀速园周运动转化为匀速直线运动．他设计制造的“行星仪”，包括太阳、月亮、地球和当时人们已知的五大行星模型，能逼真地表现出诸天体运行情况，甚至可以表现日蚀和月蚀．他利用杠杆原理制造的“抛石机”，在当时的战争中曾起到了重要作用． 阿基米德在物理学方面最突出的贡献是证明了静力学中的杠杆原理和流体力学中的浮力定律． 阿基米德经过实际观察和实验，并从数学上严格证明了现今仍被广泛运用的“重量比等于距离反比”的杠杆原理．他曾自豪地说：“假如给我一个支点，我就能推动地球．”国王听后大为惊奇，要他把主张付诸实施，表演一下怎样用微小的力去移动很重的物体．当时国王曾叫人建造了一艘大船，可是，无论如何也无法推其下水．阿基米德对国王说，就让我来把这艘大船拉下水吧．他设计了一套杠杆滑轮系统，利用这套系统只要施加很小的力就能把很重的物体拉动．一切准备就绪后他将绳的一头交给了国王，国王轻轻地拉动绳子，大船就缓慢地移动了，最后终于滑了下去．这情景使在场的人无不目惊口呆，人们奔走相告，一时成了轰动全国的新闻．国王还为此特发布告称：“从今以后，凡是阿基米德所说的话，务须一律听从．” 关于阿基米德如何发现浮力定律——阿基米德定律一事，著名的古罗马建筑学家维持维特鲁维阿曾讲过一个后世流传甚广的阿基米德为国王鉴定金王冠的故事．直到现在这一定律仍然被所有中学物理教材列为最古老的物理定律．至于这一定律发现过程中的传奇色彩，似应着重从“长期积累，偶然所得”角度来理解．叙拉古是个著名的港口，阿基米德作为工程师经常接触诸如船重吃水深一类事物．若没有经验的长期积累，仅靠偶然机遇是很难有所发现的．况且在其著作《论浮体》中，该结论是从理想模型出发经过严密的数学推导而得出的．这一点正反映了阿基米德的治学特点．
流体力学的发展趋势
流 体 力 学 的 发 展 趋 势 21162P21 吕鹏 2012.3
定义 流体力学，是研究流体(液体和气体)的力学运动规律及其应用的学科。主要研究在各种力的作用下，流体本身的状态，以及流体和固体壁面、流体和流体间、流体与其他运动形态之间的相互作用的力学分支。流体力学是力学的一个重要分支，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。在生活、环保、科学技术及工程中具有重要的应用价值。 重要性 上上个世纪在运河河道中发现的孤立波在60年代得到了彻底的解决，既推动了力学和数学的发展，也迅速导致在其它学科如光学、声学中发现类似的现象。现在孤立波(光学中称孤立子)已成了光通信的基石。上世纪60年代，为探索为何基于流体力学方程的数值天气预报只能准确到很少几天，通过简化这组方程之后，得到了现在已十分著名的L o r e n z方程。数值计算表明，它的解对初值十分敏感，以致一定时间之后，其值变得几乎完全不可预测的了。这一发现开辟了混沌研究新领域，奠定了非线性科学的基础。这一事实还说明，流体力学方程(N S方程)的内涵十分深邃，对它的了解还远不是充分的。水波中各种波的非线性作用的研究，也丰富了非线性科学的内容。凡此种种，显示出了本世纪流体力学在科学发展中的作用。流体力学在工程技术中的作用，更是有目共睹的。飞机的飞行速度得以超过声速，是空气动力学发展的结果。人类登月的成功，大型
火箭和航天飞机的实现，需要解决成千上万个前所未有的难题，而力学问题往往首当其冲。为此形成了高超声速气动力学，物理化学流体力学，稀薄气体力学等一系列新的分支学科，并极大地推动了计算科学的发展。为解决喷气机的噪声问题，提出了流体噪声理论，它完全不同于经典的声学理论。各种高速、高机动性和高敏捷性的军用飞机和安全、舒适的大型民航机的研制成功，同样需要流体力学提供的新思想和新成果。70年代兴起的海上采油工业，若没有流体力学的研究成果为依据，设计、建造单台价值超过10亿美元的海上采油平台是不可能的。巨型船舶、高性能潜艇及各种新型船舶的研制中，流体力学问题仍是首先要加以解决的。其它如地下油气开采也得益于流体力学的指导。大型水利枢纽的设计和建造，离开了水力学是不可能的。各种大型建筑物，如火电站的冷却塔和大跨度桥梁等遭风载破坏的教训，引起了力学和工程界的密切关注，形成了风工程这门新的学科。大型汽轮机、燃气轮机及涡喷发动机等现代动力机械的研制，提出了许多新的流体力学问题，形成了独特的翼栅及内流理论，其中还伴有高温、化学反应、多相等复杂因素，总而言之，没有流体力学的发展，本世纪的许多工程技术，特别是高新技术的发展是不可能的。流体力学在取得巨大进展的同时，也留下了一些仍待解决的问题。不尽快地将它们解决，必然对科学及工程技术的进一步发展带来困难。同时，技术的发展是无止境的。仅就交通运输为例，无论是空中、水上水下，还是陆地上的交通工具都在朝着更大、更快、更安全、更舒适的方向发展，新问题将层出不穷。第一个大问题是湍流。本世纪初，
流体力学的发展简史
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。
流体力学发展历史
流体力学发展历史 270BC Archimedes(287BC-212BC) Buoyancy 1644 E.Torricellie(1608-1647)’s Barometer 1650 B.Pascal(1623-1662) Principle 1662 B.Boyle(1627-1681) Boyle ’s Law 玻意尔－马略特定律：体积与压力成反比 1668 E.Mariotte(1620-1684) Hydrostatics 1678 I.Newton(1642-1723)’s Law on viscosity 1732 H.Pitot(1695-1771) Pitot ’s tube 批脱管 1738 Daniel Bernoulli(1706-1782) Conservation of Energy(Bernoulli Equation) 1752 J.Le.R.D ’Alermbert(1717-1783) D ’Alermber Paradox 1755 L.Eulor(1707-1783) Euler Equations 1777 C.Bossut(1730-1814) First Experiments in water tank 1802 J.L.Gray-Lussac(1778-1850) Gray-Lussac ’s Law P RT ρ= 1809 G.Cayley(1773-1858) Notion on Aviation 1822 C-L-M-H Navier(1785-1836) Fomuler of N-S Equation 1823 F.B.J Fourrier(1768-1830) Laws on Heat Conductivity 1834 J.C Rissell(?-1881) Solitary Wave 1839 GH.L Hagen(1797-1854) 1840 J.L.M.Poissenille(1797-1869) Hagen- Poissenille Flow 1845 H.Von Helmhotz(1821-1894) Vortex Dynamics 1845 G.G.Stokes(1819-1903) N-S Equation 1860 Hemholtz ’s Theorem on Velocity Decomposition 1878 Lord, Reyleigh(1842-1919) Theory on Lifting(Magnus Effect) 1883 O.Reynolds(1842-1919) Experiment on Transition from Laminar to Turbulent 1887 E.Mach(1838-1916) Mach Number 1895 D.J.Kortewey, KDV Equation 1901 H.Beriard ’s Converction 1902 N.E.Joukovsky(1847-1921) Joukovsky ’s Theory on lift 1902 M.W.Kutta(1867-1944) Kutta ’s Condition 1903 飞机上天 1904 KA.Tsiorkovsky(1857-1935) First Cosmic Speed(Priciple for Rockets) 1905 Prandtl Supersonic Wind Tunnel(M=1.5) 1912 Th.von K ’arman(1881-1963) K ’arman V ortex Street 1921 G.I.Taylor(1848-1951) Taylor ’s Vortices 1940 周培源(1902-1993) Modle Theory for Turbulent 1941 钱学森(1911-)& von K ’arman K ’arman-Tsien Formula 流体力学大事年表 公元前3世纪 阿基米德（287－212BC ）发现浮力定律（阿基米德原理）；发明 阿基米德螺旋提水机； 1644 托里拆里（E.Torricelli,1608-1647）制成气压计；导出小孔出 流公式；
物理学分支发展简史
物理学分支发展简史
一、物理学分支发展简史（力学──磁流体力学） 磁流体力学是结合经典流体力学和电动力学的方法，研究导电流体和磁场相互作用的学科，它包括磁流体静力学和磁流体动力学两个分支。 磁流体静力学研究导电流体在磁场力作用于静平衡的问题；磁流体动力学研究导电流体与磁场相互作用的动力学或运动规律。磁流体力学通常指磁流体动力学，而磁流体静力学被看作磁流体动力学的特殊情形。 导电流体有等离子体和液态金属等。等离子体是电中性电离气体，含有足够多的自由带电粒子，所以它的动力学行为受电磁力支配。宇宙中的物质几乎全都是等离子体，但对地球来说，除大气上层的电离层和辐射带是等离子体外，地球表面附近(除闪电和极光外)一般不存在自然等离子体，但可通过气体放电、燃烧、电磁激波管、相对论电子束和激光等方法产生人工等离子体。 能应用磁流体力学处理的等离子体温度范围颇宽，从磁流体发电的几千度到受控热核反应的几亿度量级(还没有包括固体等离子体)。因此，磁流体力学同物理学的许多分支以及核能、化学、冶金、航天等技术科学都有联系。 磁流体力学发展简史 1832年法拉第首次提出有关磁流体力学问题。他根据海水切割地球磁场产生电动势的想法，测量泰晤士河两岸间的电位差，希望测出流速，但因河水电阻大、地球磁场弱和测量技术差，未达到目的。1937年哈特曼根据法拉第的想法，对水银在磁场中的流动进行了定量实验，并成功地提出粘性不可压缩磁流体力学流动(即哈特曼流动)的理论计算方法。 1940～1948年阿尔文提出带电单粒子在磁场中运动轨道的“引导中心”理论、磁冻结定理、磁流体动力学波(即阿尔文波)和太阳黑子理论，1949年他在《宇宙动力学》一书中集中讨论了他的主要工作，推动了磁流体力学的发展。1950年伦德奎斯特首次探讨了利用磁场来保存等离子体的所谓磁约束问题，即磁流体静力学问题。受控热核反应中的磁约束，就是利用这个原理来约束温度高达一亿度量级的等离子体。然而，磁约束不易稳定，所以研究磁流体力学稳定性成为极重要的问题。1951年，伦德奎斯特给出一个稳定性判据，这个课题的研究至今仍很活跃。 磁流体力学的内容 研究磁流体问题，首先是建立磁流体力学基本方程组，其次是用这个方程组来解决各种问题。磁流体力学主要用来研究解决的有： 理想导电流体运动对磁场影响的问题；或流体静止时，流体电阻对磁场影响的问题，其中包括磁冻结和磁扩散。通过磁场力来考察磁场对静止导电流体或理想导电流体的约束机制。这个问题是磁流体静力学的研究范畴，对受控热核反应十分重要。磁流体静力学在天体物理中，例如在研究太阳黑子的平衡、日珥的支撑、星际间无作用力场等问题的解决中也很重要。 研究磁场力对导电流体定常运动的影响。方程的非线性使磁流体动力学流动的数学分析复杂化，通常要用近似方法或数值法求解。它们虽然是简化情况的解，然而清晰地阐明了基本的流动规律，利用这些规律至少可以定性地讨论更复杂的磁流体动力学流动。 研究磁流体动力学波，包括小扰动波、有限振幅波和激波。了解等离子体中波的传播规律，可以探测
计算流体力学的发展及应用_魏淑贤
第27卷第2期河北理工学院学报V o l.27N o.2 2005年5月J o u r n a l o f H e b e i I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y M a y.2005 文章编号:100 7-28 29(20 05)02 -0 115 -03 计算流体力学的发展及应用 魏淑贤, 沈跃,黄延军 (石油大学(华东)物理科学与技术学院, 山东东营 2 570 61) 关键词:计算流体力学;发展;应用 摘要:计算流体力学是流体力学的一个分支。它用于求解固定几何形状空间内的流体的动 量、热量和质量方程以及相关的其它方程,并通过计算机模拟获得某种流体在特定条件下的有 关信息,是分析和解决问题的强有力和用途广泛的工具。对计算流体力学的发展和应用进行 了综述并对其发展趋势做了探讨。 中图分类号:O368文献标识码:A 1 计算流体力学的发展 20世纪30年代,由于飞机工业的需要,要求用流体力学理论来了解和指导飞机设计, 当时,由于飞行速 度很低,可以忽略粘性和旋涡,因此流动的模型为L a p l a c e方程,研究工作的重点是椭圆型方程的数值解[ 1]。利用复变函数理论和解的迭加方法来求解析解。随着飞机外形设计越来越复杂,出现了求解奇异边界积分 方程的方法。以后,为了考虑粘性效应,有了边界层方程的数值计算方法,并发展成以位势方程为外流方程, 与内流边界层方程相结合,通过迭代求解粘性干扰流场的计算方法。 同一时期,许多数学家研究了偏微分方程的数学理论, H a d a m a r d,C o u r a n t,F r i e d r i c h s等人研究了偏微分方程的基本特性、数学提法的适定性、物理波的传播特性等问题,发展了双曲型偏微分方程理论。以后, C o u- r a n t,F r i e d r i c h s,L e w y等人发表了经典论文[ 2],证明了连续的椭圆型、抛物型和双曲型方程组解的存在性和唯一性定理,且针对线性方程的初值问题,首先将偏微分方程离散化,然后证明了离散系统收敛到连续系统,最后利用代数方法确定了差分解的存在性;他们还给出了著名的稳定性判别条件:C F L条件。这些工作是差分方法的数学理论基础。20世纪40年代, V o n N e u m a n n,R i c h t m y e r,H o p f,L a x和其他一些学者建立了非线性双曲型方程守恒定律的数值方法理论, 为含有激波的气体流动数值模拟打下了理论基础。 在2 0世纪50年代,仅采用当时流体力学的方法,研究较复杂的非线性流动现象是不够的, 特别是不能满足高速发展起来的宇航飞行器绕流流场特性研究的需要。针对这种情况, 一些学者开始将基于双曲型方程数学理论基础的时间相关方法用于求解宇航飞行器的气体定常绕流流场问题,这种方法虽然要求花费更多的计算机时,但因数学提法适定,又有较好的理论基础,且能模拟流体运动的非定常过程, 所以在60年代 [3] 这是应用范围较广的一般方法。以后由L a x、K r e i s s和其他著者给出的非定常偏微分方程差分逼近的稳定性理论,进一步促进了时间相关方法。当时还出现了一些针对具体问题发展起来的特殊算法。 值得一提的是,我国在2 0世纪50年代也开始了计算流体力学方面的研究[3]。我国早期的工作是研究钝头体超声速无粘绕流流场的数值解方法,研究钝头体绕流数值解的反方法和正方法。以后,随着我国宇航事业的发展,超声速、高超声速绕流数值计算方法的研究工作发展很快。对定常欧拉方程数值解的计算方法进行研究,并给出了钝体超声速三维无粘绕流流场的计算结果。 20世纪70年代,在计算流体力学中取得较大成功的是飞行器跨音速绕流数值计算方法的研究。首先 收稿日期:200 4-11-02 作者简介:魏淑贤(19 78-),女, 山东临沂人, 石油大学(华东)物理科学与技术学院硕士研究生。