流体力学的发展.pptxVIP

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流体力学的发展第1页/共59页 §1 18世纪的流体力学1. 1 马略特在流体力学的工作 1. 2 伯努利定律1.3??? 欧拉的理想流体力学运动方程第2页/共59页 1. 1 马略特在流体力学的工作马略特(Edmé Mariotte,1620-1684)是一位法国的传教士,他是惠更斯的好朋友,也是法国科学院最早的院士之一。 在1668年,法国科学院成立了一个以惠更斯、比卡尔(Jean Picard,1620-1682)、马略特等组成的委员会,任务是用实验的方法来验证托里拆利原理。这个题目后来被适当扩充去研究流体流动冲击在平面上的效果。 第3页/共59页 1686年,马略特发表了《论水和其他流体的运动》。在这本书中,他论述了: 1.液体与浮体的平衡, 2.讨论了由容器流出的液体射流的摩阻,并且解释了实验与理论的一些差异, 3.给出了一种后来称为马略特瓶的容器的描述,从它流出的流体可以较长时间保持恒速。 4.给出了圆管中流体压强分布规律,讨论了水在管中流动阻力以及喷水高度问题。 马略特是第一个研究流体阻力的学者,惠更斯之后,二人几乎同时得到了流体阻力与流速的平方成正比例的结论。 第4页/共59页 1.2?? 伯努利定律丹尼尔·伯努利(Daniel Bernaulli,1700-1782)是约翰·伯努利的儿子。伯努利家族 中连续几代都有著名的数学家或力学家,这个家族原来居住在荷兰,后来因为信仰新教而被逐出荷兰。1705年全家回到瑞士。他的哥哥也是一位数学家。 第5页/共59页 丹尼尔在1738年出版的《流体动力学》中,将力学中的活力守恒原理引入流体力学,给了一个系统的阐述。丹尼尔认为:“我的理论是新的,因为它既讨论压力也讨论流体运动。”即在他的理论中,既讨论平衡也讨论运动。第6页/共59页 丹尼尔·伯努利研究的最重要的结果是现今称为的伯努利定理。他利用一个充满流体的容器,下部开一小孔,讨论其活力守恒,最后得到随着流体的速度增加,其压力减小的结论,也就是式中v为孔口流速,h为液面距孔口的高度,g为重力加速度。从这个公式,可以得到托里拆利定理,即 。第7页/共59页 伯努利定律的发现值得一说的是,丹尼尔伯努利研究流体的管道流动最初是从研究血液的流速和血压的关系开始的。1628年英国学者哈维发表了关于血液循环的巨著《心血运动》(On the Movement of Heart and Blood in Animals)发现了血液循环。丹尼尔伯努利既然在学校里学了医,他深深被哈维的发现所吸引。他认为血液在血管中流动,就有流动速度,心脏既然是一个血泵,就一定有压力。于是血管内的血液流速和压强也应当存在一定的关系。 第8页/共59页 他设计的测量血压的方法,是把一根很细的玻璃管CR插入病人的动脉中,并且使它保持垂直。管上读出血液的高度CT的压强就相当于该处的血压。同样,当血压为负压时,用铅直向 下插入动脉血管的玻璃管cr也可以得到血压值,血液高度ct对应的压强,也就是血压的负压值。伯努利当时和欧拉都在研究用这种方法测量病人的血压。每次测量血压都要刺破血管。尽管这样,这种测量血压的方法,在伯努利之后还是应用了达170年之久。一直到1896年,一位意大利的医生茹齐(Riva. Rocci,1863-1937)发明了应用到现在的血压计,伯努利的测量血压的方法才被淘汰。第9页/共59页 1.3??? 欧拉的理想流体力学运动方程 1755年,欧拉在柏林工作时导出了流体平衡与运动方程。首先欧拉给出了质量守恒方程,令q为流体的密度则有这里 u,v,w 为速度分量。当流体为不可压时,即有 ,这时有 第10页/共59页 由于流体在一点的加速度 为此处 为速度向量。这时,欧拉的流体运动方程可以写为第11页/共59页 拉格朗日对欧拉的工作评价很高,他说:“欧拉的发现,使全部流体力学问题归结于数学分析问题。而一旦方程可以积分,则对所有外力、所有外部环境之下的流动性质就可以被确定。可惜求解它是十分困难的,至今只有在十分特殊情形是成功的。”值得注意的是,欧拉在处理流体运动时,采用考察空间固定位置的微团变化。这种观点在后来200年中,在处理变形体力学时一直被称为欧拉观点,或欧拉方法。它区别于把目光跟定一个运动的物质微团的方法,这后一种方法也称为拉格朗日观点,或拉格朗日方法。 第12页/共59页 §2 黏性流体力学早期的 实验研究2.1 玻尔达的阻力实验 2.2 玻素等的水力学实验 2. 3 水洞与风洞实验第13页/共59页 17世纪初期,在流体力学上虽然已经有不少工作,但是理论与实际始终遇到令人失望的矛盾。原

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