流體力學(xué)歷史

1、流體力學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史 第一階段（16世紀(jì)以前）：流體力學(xué)形成的萌芽階段 第二階段（16世紀(jì)文藝復(fù)興以后-18世紀(jì)中葉）流體力學(xué)成為一門獨(dú)立學(xué)科的基礎(chǔ)階段 第三階段（18世紀(jì)中葉-19世紀(jì)末）流體力學(xué)沿著兩個(gè)方向發(fā)展歐拉、伯努利 第四階段（19世紀(jì)末以來）流體力學(xué)飛躍發(fā)展第一階段（16世紀(jì)以前）：流體力學(xué)形成的萌芽階段 公元前2286年公元前2278年大禹治水疏壅導(dǎo)滯（洪水歸于河） 公元前300多年李冰都江堰深淘灘，低作堰 公元584年公元610年隋朝南北大運(yùn)河、船閘應(yīng)用埃及、巴比倫、羅馬、希臘、印度等地水利、造船、航海產(chǎn)業(yè)發(fā)展 系統(tǒng)研究古希臘哲學(xué)家阿基米德論浮體（公元前250年）奠定了流體靜力學(xué)的

2、基礎(chǔ)返回第二階段（16世紀(jì)文藝復(fù)興以后-18世紀(jì)中葉）流體力學(xué)成為一門獨(dú)立學(xué)科的基礎(chǔ)階段 1586年斯蒂芬水靜力學(xué)原理 1650年帕斯卡“帕斯卡原理” 1612年伽利略物體沉浮的基本原理 1686年牛頓牛頓內(nèi)摩擦定律 1738年伯努利理想流體的運(yùn)動(dòng)方程即伯努利方程 1775年歐拉理想流體的運(yùn)動(dòng)方程即歐拉運(yùn)動(dòng)微分方程第三階段（18世紀(jì)中葉-19世紀(jì)末）流體力學(xué)沿著兩個(gè)方向發(fā)展歐拉（理論）、伯努利（實(shí)驗(yàn)）工程技術(shù)快速發(fā)展，提出很多經(jīng)驗(yàn)公式1769年謝才謝才公式（計(jì)算流速、流量）1895年曼寧曼寧公式（計(jì)算謝才系數(shù)）1732年比托比托管（測(cè)流速）1797年文丘里文丘里管（測(cè)流量）理論1823年納維，

3、1845年斯托克斯分別提出粘性流體運(yùn)動(dòng)方程組（N-S方程）第四階段（19世紀(jì)末以來）流體力學(xué)飛躍發(fā)展 理論分析與試驗(yàn)研究相結(jié)合 量綱分析和相似性原理起重要作用1883年雷諾雷諾實(shí)驗(yàn)（判斷流態(tài)）1903年普朗特邊界層概念（繞流運(yùn)動(dòng)）1933-1934年尼古拉茲尼古拉茲實(shí)驗(yàn)（確定阻力系數(shù)）流體力學(xué)與相關(guān)的鄰近學(xué)科相互滲透，形成很多新分支和交叉學(xué)科流體力學(xué)的研究方法理論分析方法、實(shí)驗(yàn)方法、數(shù)值方法相互配合，互為補(bǔ)充理論研究方法力學(xué)模型物理基本定律求解數(shù)學(xué)方程分析和揭示本質(zhì)和規(guī)律實(shí)驗(yàn)方法相似理論模型實(shí)驗(yàn)裝置數(shù)值方法計(jì)算機(jī)數(shù)值方法是現(xiàn)代分析手段中發(fā)展最快的方法之一1.1.所提出的液體運(yùn)動(dòng)的能量估計(jì)及所提

4、出的液體運(yùn)動(dòng)的能量估計(jì)及所提出的液體運(yùn)動(dòng)的解析所提出的液體運(yùn)動(dòng)的解析方法，為研究液體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律奠定了理論基礎(chǔ)，從而在此基礎(chǔ)上形方法，為研究液體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律奠定了理論基礎(chǔ)，從而在此基礎(chǔ)上形成了一門屬于數(shù)學(xué)的古典成了一門屬于數(shù)學(xué)的古典“水動(dòng)力學(xué)水動(dòng)力學(xué)”（或古典（或古典“流體力學(xué)流體力學(xué)”）。）。2.2.在古典在古典“水動(dòng)力學(xué)水動(dòng)力學(xué)”的基礎(chǔ)上的基礎(chǔ)上納維納維和和斯托克斯斯托克斯提出了著名的實(shí)際粘性提出了著名的實(shí)際粘性流體的基本運(yùn)動(dòng)方程流體的基本運(yùn)動(dòng)方程N(yùn)-SN-S方程。方程。 從而為流體力學(xué)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展奠從而為流體力學(xué)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。但由于其所用數(shù)學(xué)的復(fù)雜性和理想流體模型的局限定了理論基礎(chǔ)

5、。但由于其所用數(shù)學(xué)的復(fù)雜性和理想流體模型的局限性，不能滿意地解決工程問題，故形成了以實(shí)驗(yàn)方法來制定經(jīng)驗(yàn)公性，不能滿意地解決工程問題，故形成了以實(shí)驗(yàn)方法來制定經(jīng)驗(yàn)公式的式的“實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)”。但由于有些經(jīng)驗(yàn)公式缺乏理論基礎(chǔ)，使其。但由于有些經(jīng)驗(yàn)公式缺乏理論基礎(chǔ)，使其應(yīng)用范圍狹窄，且無法繼續(xù)發(fā)展。應(yīng)用范圍狹窄，且無法繼續(xù)發(fā)展。3.3.從從1919世紀(jì)末起，人們將理論分析方法和實(shí)驗(yàn)分析方法相結(jié)合，以解決世紀(jì)末起，人們將理論分析方法和實(shí)驗(yàn)分析方法相結(jié)合，以解決實(shí)際問題，同時(shí)古典流體力學(xué)和實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)的內(nèi)容也不斷更新變實(shí)際問題，同時(shí)古典流體力學(xué)和實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)的內(nèi)容也不斷更新變化，如提出了相似理

6、論和量綱分析，邊界層理論和紊流理論等，在化，如提出了相似理論和量綱分析，邊界層理論和紊流理論等，在此基礎(chǔ)上，最終形成了理論與實(shí)踐并重的研究實(shí)際流體模型的現(xiàn)代此基礎(chǔ)上，最終形成了理論與實(shí)踐并重的研究實(shí)際流體模型的現(xiàn)代流體力學(xué)。在流體力學(xué)。在2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代以后，由于計(jì)算機(jī)的發(fā)展與普及，流體年代以后，由于計(jì)算機(jī)的發(fā)展與普及，流體力學(xué)的應(yīng)用更是日益廣泛。力學(xué)的應(yīng)用更是日益廣泛。 主要的流體力學(xué)事件有：主要的流體力學(xué)事件有：17381738年瑞士數(shù)學(xué)家：伯努利在名著年瑞士數(shù)學(xué)家：伯努利在名著流體動(dòng)力學(xué)流體動(dòng)力學(xué)中提出了中提出了伯努利方程伯努利方程。 17551755年歐拉在名著年歐拉在名著

7、流體運(yùn)動(dòng)的一般原理流體運(yùn)動(dòng)的一般原理中提出中提出理想流體理想流體概念，并建立概念，并建立了理想流體基本方程和連續(xù)方程，從而提出了流體運(yùn)動(dòng)的解析方法，同時(shí)了理想流體基本方程和連續(xù)方程，從而提出了流體運(yùn)動(dòng)的解析方法，同時(shí)提出了提出了速度勢(shì)速度勢(shì)的概念。的概念。 17811781年拉格朗日首先引進(jìn)了年拉格朗日首先引進(jìn)了流函數(shù)流函數(shù)的概念。的概念。 18261826年法國(guó)工程師納維，年法國(guó)工程師納維，18451845年英國(guó)數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家斯托克斯提出了年英國(guó)數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家斯托克斯提出了著名的著名的N NS S方程方程。 18761876年雷諾發(fā)現(xiàn)了流體流動(dòng)的兩種流態(tài)：年雷諾發(fā)現(xiàn)了流體流動(dòng)的兩種流態(tài)：

8、層流和紊流層流和紊流。 18581858年亥姆霍茲指出了理想流體中旋渦的許多基本性質(zhì)及旋渦運(yùn)動(dòng)理論，年亥姆霍茲指出了理想流體中旋渦的許多基本性質(zhì)及旋渦運(yùn)動(dòng)理論，并于并于18871887年提出了年提出了脫體繞流理論脫體繞流理論。 1919世紀(jì)末，世紀(jì)末，相似理論相似理論提出，實(shí)驗(yàn)和理論分析相結(jié)合。提出，實(shí)驗(yàn)和理論分析相結(jié)合。 19041904年普朗特提出了年普朗特提出了邊界層理論邊界層理論。 2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代以后，計(jì)算流體力學(xué)得到了迅速的發(fā)展。流體力學(xué)內(nèi)涵不斷年代以后，計(jì)算流體力學(xué)得到了迅速的發(fā)展。流體力學(xué)內(nèi)涵不斷地得到了充實(shí)與提高。地得到了充實(shí)與提高。 流體：液體和氣體的統(tǒng)稱。流體

9、：液體和氣體的統(tǒng)稱。 計(jì)算流體力學(xué)：通過計(jì)算機(jī)來模擬計(jì)算流體力學(xué)：通過計(jì)算機(jī)來模擬(仿真仿真)真實(shí)的流場(chǎng)真實(shí)的流場(chǎng)（CFD）。）。理論流體力學(xué)：建立理論模型，以理論研究為主。理論流體力學(xué)：建立理論模型，以理論研究為主。流流體體力力學(xué)學(xué)實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)：對(duì)理論流體力學(xué)的補(bǔ)充、驗(yàn)證和修正。實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)：對(duì)理論流體力學(xué)的補(bǔ)充、驗(yàn)證和修正。但這樣說是不嚴(yán)格的，嚴(yán)格地說應(yīng)該用力學(xué)的語(yǔ)言來敘述：但這樣說是不嚴(yán)格的，嚴(yán)格地說應(yīng)該用力學(xué)的語(yǔ)言來敘述：在任何微小剪切力的持續(xù)作用下能夠連續(xù)不斷變形的物質(zhì)，稱為流體。在任何微小剪切力的持續(xù)作用下能夠連續(xù)不斷變形的物質(zhì)，稱為流體。根據(jù)上述定義，流體顯然不能保持一定的形狀，

10、即具有流動(dòng)性。但流體在靜止時(shí)不能根據(jù)上述定義，流體顯然不能保持一定的形狀，即具有流動(dòng)性。但流體在靜止時(shí)不能承受切向力，這顯然與固體不同。固體在靜止時(shí)也能承受切向力，發(fā)生微小變形以抗承受切向力，這顯然與固體不同。固體在靜止時(shí)也能承受切向力，發(fā)生微小變形以抗拒外力，一直達(dá)到平衡為止拒外力，一直達(dá)到平衡為止,只要作用力保持不變，固體的變形就不再變化。只要作用力保持不變，固體的變形就不再變化。丹丹伯努利簡(jiǎn)介伯努利簡(jiǎn)介 丹丹伯努利（伯努利（Daniel BernoullDaniel Bernoull，1700170017821782）：瑞士科學(xué)家，曾在俄國(guó)彼得堡科學(xué)）：瑞士科學(xué)家，曾在俄國(guó)彼得堡科學(xué)院任

11、教，他在流體力學(xué)、氣體動(dòng)力學(xué)、微分院任教，他在流體力學(xué)、氣體動(dòng)力學(xué)、微分方程和概率論等方面都有重大貢獻(xiàn)，是理論方程和概率論等方面都有重大貢獻(xiàn)，是理論流體力學(xué)的創(chuàng)始人。流體力學(xué)的創(chuàng)始人。 伯努利以伯努利以流體動(dòng)力學(xué)流體動(dòng)力學(xué)（17381738）一書）一書著稱于世，書中提出流體力學(xué)的一個(gè)定理，著稱于世，書中提出流體力學(xué)的一個(gè)定理，反映了理想流體（不可壓縮、不計(jì)粘性的流反映了理想流體（不可壓縮、不計(jì)粘性的流體）中能量守恒定律。這個(gè)定理和相應(yīng)的公體）中能量守恒定律。這個(gè)定理和相應(yīng)的公式稱為伯努利定理和伯努利公式。式稱為伯努利定理和伯努利公式。 他的固體力學(xué)論著也很多。他對(duì)好友他的固體力學(xué)論著也很多。他

12、對(duì)好友 歐歐拉提出建議，使歐拉解出彈性壓桿失穩(wěn)后的拉提出建議，使歐拉解出彈性壓桿失穩(wěn)后的形狀，即獲得彈性曲線的精確結(jié)果。形狀，即獲得彈性曲線的精確結(jié)果。1733173317341734年他和歐拉在研究上端懸掛重鏈的振動(dòng)年他和歐拉在研究上端懸掛重鏈的振動(dòng)問題中用了貝塞爾函數(shù)，并在由若干個(gè)重質(zhì)問題中用了貝塞爾函數(shù)，并在由若干個(gè)重質(zhì)點(diǎn)串聯(lián)成離散模型的相應(yīng)振動(dòng)問題中引用了點(diǎn)串聯(lián)成離散模型的相應(yīng)振動(dòng)問題中引用了拉格爾多項(xiàng)式。他在拉格爾多項(xiàng)式。他在17351735年得出懸臂梁振動(dòng)年得出懸臂梁振動(dòng)方程；方程；17421742年提出彈性振動(dòng)中的疊加原理，年提出彈性振動(dòng)中的疊加原理，并用具體的振動(dòng)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證；

13、他還考慮過并用具體的振動(dòng)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證；他還考慮過不對(duì)稱浮體在液面上的晃動(dòng)方程等。不對(duì)稱浮體在液面上的晃動(dòng)方程等。 李冰簡(jiǎn)介李冰簡(jiǎn)介李冰（公元前李冰（公元前302302235235）是我國(guó)科學(xué)治水的典）是我國(guó)科學(xué)治水的典范，偉大的水利學(xué)家。他領(lǐng)導(dǎo)創(chuàng)建了目前世界范，偉大的水利學(xué)家。他領(lǐng)導(dǎo)創(chuàng)建了目前世界上歷史最悠久的水利工程上歷史最悠久的水利工程都江堰。在水利都江堰。在水利史上立下了千古奇功，名揚(yáng)世界，造福百姓，史上立下了千古奇功，名揚(yáng)世界，造福百姓，功垂千秋，恩澤萬(wàn)世。功垂千秋，恩澤萬(wàn)世。李冰總結(jié)了前人治水的經(jīng)驗(yàn)，在渠首工程的選李冰總結(jié)了前人治水的經(jīng)驗(yàn)，在渠首工程的選點(diǎn)上作了深刻的科學(xué)研究。精心地

14、選擇在成都點(diǎn)上作了深刻的科學(xué)研究。精心地選擇在成都平原頂點(diǎn)的岷江上游出山口處作為工程地點(diǎn)，平原頂點(diǎn)的岷江上游出山口處作為工程地點(diǎn)，采用乘勢(shì)利導(dǎo)、因時(shí)制宜的治水方略，修建了采用乘勢(shì)利導(dǎo)、因時(shí)制宜的治水方略，修建了都江堰水利工程：無壩引水的魚嘴分水堤，泄都江堰水利工程：無壩引水的魚嘴分水堤，泄洪排沙的溢洪道，保證成都平原引足春水和控洪排沙的溢洪道，保證成都平原引足春水和控制洪水的咽喉工程寶瓶口。使魚嘴分水堤、寶制洪水的咽喉工程寶瓶口。使魚嘴分水堤、寶瓶口、飛沙堰溢洪道三大主體工程各有其獨(dú)特瓶口、飛沙堰溢洪道三大主體工程各有其獨(dú)特的功能和作用。它們之間相互依存，相互制約的功能和作用。它們之間相互依存

15、，相互制約，形成布局合理的系統(tǒng)工程，聯(lián)合發(fā)揮分流分，形成布局合理的系統(tǒng)工程，聯(lián)合發(fā)揮分流分沙、泄洪排沙、引水輸沙的重要作用。其科學(xué)沙、泄洪排沙、引水輸沙的重要作用。其科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案，仍令當(dāng)今科學(xué)界贊嘆不已。合理的設(shè)計(jì)方案，仍令當(dāng)今科學(xué)界贊嘆不已。都江堰保證了流區(qū)千萬(wàn)畝農(nóng)田和城市用水的需都江堰保證了流區(qū)千萬(wàn)畝農(nóng)田和城市用水的需要，使其枯水不缺、洪水不淹、泥沙少淤、水要，使其枯水不缺、洪水不淹、泥沙少淤、水旱從人，堪稱旱從人，堪稱“天然佳構(gòu)天然佳構(gòu)”。 李冰是在大禹之精神激勵(lì)下完成建堰偉業(yè)李冰是在大禹之精神激勵(lì)下完成建堰偉業(yè)的。綜觀都江堰的創(chuàng)建史，的。綜觀都江堰的創(chuàng)建史，“大禹肇其端，開大禹肇

16、其端，開明繼其業(yè)，李冰總其成明繼其業(yè)，李冰總其成”。李冰不愧是一個(gè)總。李冰不愧是一個(gè)總其成的偉大治水專家，中華民族的驕傲。其成的偉大治水專家，中華民族的驕傲。達(dá)達(dá)芬奇簡(jiǎn)介芬奇簡(jiǎn)介達(dá)達(dá)芬奇（芬奇（Leonardo daLeonardo da Vinci ,1452 Vinci ,145215191519）：）：意大利文藝復(fù)興時(shí)期的美術(shù)家、自然科學(xué)家、工意大利文藝復(fù)興時(shí)期的美術(shù)家、自然科學(xué)家、工程師，是力學(xué)理論的奠基者，為水力學(xué)、流體力程師，是力學(xué)理論的奠基者，為水力學(xué)、流體力學(xué)古典理論的形成做出了重要貢獻(xiàn)。學(xué)古典理論的形成做出了重要貢獻(xiàn)。 他的哲學(xué)思想接近唯物主義，認(rèn)為世界的一他的哲學(xué)思想接近唯

17、物主義，認(rèn)為世界的一切都服從客觀的必然性規(guī)律，認(rèn)識(shí)起源于感覺，切都服從客觀的必然性規(guī)律，認(rèn)識(shí)起源于感覺，同時(shí)也指出理論概括的重要性。他強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)和力同時(shí)也指出理論概括的重要性。他強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)和力學(xué)是自然科學(xué)的基礎(chǔ)。在軍事、水利、土木、機(jī)學(xué)是自然科學(xué)的基礎(chǔ)。在軍事、水利、土木、機(jī)械工程等方面有許多重要的設(shè)想和發(fā)現(xiàn)。械工程等方面有許多重要的設(shè)想和發(fā)現(xiàn)。 達(dá)達(dá)芬奇的力學(xué)研究并不只限于理論上。他芬奇的力學(xué)研究并不只限于理論上。他還運(yùn)用力學(xué)和機(jī)械原理設(shè)計(jì)了許多機(jī)器和器械，還運(yùn)用力學(xué)和機(jī)械原理設(shè)計(jì)了許多機(jī)器和器械，參加了運(yùn)河、水利和建筑工程的設(shè)計(jì)和施工。他參加了運(yùn)河、水利和建筑工程的設(shè)計(jì)和施工。他通過對(duì)鳥翼運(yùn)動(dòng)

18、的研究，于通過對(duì)鳥翼運(yùn)動(dòng)的研究，于14931493年首次設(shè)計(jì)出一年首次設(shè)計(jì)出一個(gè)飛行器。個(gè)飛行器。 他在水力學(xué)方面寫有許多重要手稿，并在他他在水力學(xué)方面寫有許多重要手稿，并在他死后以死后以水的運(yùn)動(dòng)與測(cè)量水的運(yùn)動(dòng)與測(cè)量為題出版。為題出版。 歐拉簡(jiǎn)介歐拉簡(jiǎn)介L(zhǎng) L 歐拉（歐拉（LeonhardLeonhard Euler Euler ，1707170717831783）：瑞士）：瑞士數(shù)學(xué)家、力學(xué)家、天文學(xué)家、物理學(xué)家，變分法數(shù)學(xué)家、力學(xué)家、天文學(xué)家、物理學(xué)家，變分法的奠基人，復(fù)變函數(shù)論的先驅(qū)者，理論流體力學(xué)的奠基人，復(fù)變函數(shù)論的先驅(qū)者，理論流體力學(xué)的創(chuàng)始人。的創(chuàng)始人。 歐拉曾任彼得堡科學(xué)院教授，柏林科學(xué)院的歐拉曾任彼得堡科學(xué)院教授，柏林科學(xué)院的創(chuàng)始人之一。他是剛體力學(xué)和流體力學(xué)的奠基者創(chuàng)始人之一。他是剛體力學(xué)和流體力學(xué)的奠基者，彈性系統(tǒng)穩(wěn)定性理論的開創(chuàng)人。他認(rèn)為質(zhì)點(diǎn)動(dòng)，彈性系統(tǒng)穩(wěn)定性理論的開創(chuàng)人。他認(rèn)為質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)微分方程可以應(yīng)用于液體（力學(xué)微分方程可以應(yīng)用于液體（17501750）。他曾用）。他曾用兩種方法來描述流體的運(yùn)動(dòng)，即分別根據(jù)空間固兩種方法來描述流體的運(yùn)動(dòng)，即分別根據(jù)空間固定點(diǎn)（定點(diǎn)（17551755）和根據(jù)確定的流體質(zhì)點(diǎn)（）和根據(jù)確定的流體質(zhì)點(diǎn)（175917