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1、流流 体体 力力 学学内内 容容一、一、人类早期的梦想和探索人类早期的梦想和探索二、二、早期的流体力学早期的流体力学三、三、十九世纪的流体力学十九世纪的流体力学四、四、二十世纪的流体力学二十世纪的流体力学人类早期的梦想和探索人类早期的梦想和探索 墨子墨子记载：记载：“公输子削竹木以为鹊，成而飞之，三公输子削竹木以为鹊，成而飞之，三 日不下。日不下。”人类早期的梦想和探索人类早期的梦想和探索 阿基米德（阿基米德（Archimedes, BC287Archimedes, BC287BC212BC212） 古希腊哲学家、数学家、物理学家。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
2、有兼力学和物理学的伟大学者，享有“力学之父力学之父”的美的美 称。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人类早期的梦想和探索 发现阿基米德定律发现阿基米德定律 （浮力原理）；（浮力原理）；浮力原理浮力原理曹冲（曹冲（196-208196-208）称象）称象人类早期的梦想和探索人类早期的梦想和探索 列奥纳多列奥纳多 达达 芬奇（芬奇（ Leonardo Da Vinci, 1452-1519 Leonardo Da Vinci, 1452-1519） 文艺复兴的代表人物之一，是世界文化史上最伟大的人物之一；文艺复兴的代表人物之一，是世界文化史上最伟大的人物之一； 意大利著
3、名的艺术家、科学家和工程师，航空科学研究的创始人。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)Da Vinci (1452-1519)萨顿曾指出：萨顿曾指出：“ “写一部有关他写一部有关他 的天才作品的完整研究著作，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也就意味着写一部十五世纪科 学技术的真正百科全书。学技术的真正百科全书。” ” 人类早期的梦想和探索人类早期的梦想和探索 在许多学科学领域都颇有建树在许多学科学领域都颇有建树 达达 芬奇遗留手稿芬奇遗留手稿水利机械水利机械鸟的飞翔原理鸟的飞翔原理 早期的流体力学早期的流体力
4、学 牛顿（牛顿（Isaac NewtonIsaac Newton，1642-17271642-1727） 英国伟大的数学家、物理学家、英国伟大的数学家、物理学家、 天文学家和自然哲学家。天文学家和自然哲学家。 牛顿在科学上最卓越的贡献是微牛顿在科学上最卓越的贡献是微 积分和经典力学的创建。积分和经典力学的创建。 得到阻力与流体密度、物体迎流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截面积以及运动速度的平方成正 比的关系。比的关系。 提出了提出了“牛顿粘性定律牛顿粘性定律”； 牛顿并没有建立起流体动力学的牛顿并没有建立起流体动力学的 理论基础，他提出的许多力学模理论基础，他提出的
5、许多力学模 型和结论同实际情形还有较大的型和结论同实际情形还有较大的 差距。差距。 Newton (1642-1727)Newton (1642-1727)早期的流体力学早期的流体力学 伯努利（伯努利（Daniel BernoulliDaniel Bernoulli，1700-17821700-1782） 瑞士物理学家、数学家、医学家；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；著名的伯努利家族中最杰出的一位； 被称为被称为“流体力学之父流体力学之父”。 Bernoulli (1700-1782)Bernoulli (1700-1782)流体动力学流体动力学 (Hydrod
6、ynamica) (1738(Hydrodynamica) (1738年出版年出版) )伯努利发明的血压测量原理伯努利发明的血压测量原理伯努利血压测量方法伯努利血压测量方法 优点：血压测量准确；优点：血压测量准确； 缺点：给病人带来痛苦；缺点：给病人带来痛苦；这种测量血压的方法，在伯努利之这种测量血压的方法，在伯努利之 后仍然应用了达后仍然应用了达170170年之久。年之久。早期的流体力学早期的流体力学伯努利方程伯努利方程 17381738年伯努利年伯努利(D. Bernoulli)(D. Bernoulli)提出了著名的伯努利方程提出了著名的伯努利方程. 流速高处压力低，流速低处压力高流速高
7、处压力低，流速低处压力高。静压静压 + + 动压动压 = = 总压总压 = = 常数常数(Static pressure) (Dynamic pressure) (Total pressure) (Constant) (Static pressure) (Dynamic pressure) (Total pressure) (Constant)伯努利方程的应用伯努利方程的应用机翼升力原理机翼升力原理早期的流体力学早期的流体力学香蕉球的原理香蕉球的原理只平动只平动( (向下向下) )只旋转只旋转平动加旋转平动加旋转足球场上著名的足球场上著名的“贝氏弧线贝氏弧线 ”早期的流体力学早期的流体力学 为
8、什么两艘轮船相离很近前进时容易相撞？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一艘渡船和一艘运输船在巴哈马水域相撞 两船相撞两船相撞的原理的原理早期的流体力学早期的流体力学Euler (1707-1783)Euler (1707-1783) 欧拉（欧拉（Leonhard Euler Leonhard Euler ，1707-1707- 17831783）, ,瑞士数学家和物理学家。瑞士数学家和物理学家。 数学：第一个使用数学：第一个使用“函数函数”，把，把 微积分应用于物理学的先驱者之微积分应用于物理学的先驱者之 一；一； 理想流体基本方程理想流体基本方程欧拉
9、方程欧拉方程 （17361736）；）； 能被用来研究冲击波。能被用来研究冲击波。 早期的流体力学早期的流体力学欧拉方程和拉普拉斯（欧拉方程和拉普拉斯（LaplaceLaplace）方程至今仍空气动力方程至今仍空气动力 学和水波等理论中应用。学和水波等理论中应用。早期的流体力学早期的流体力学 达朗贝尔（达朗贝尔（DAlembert Jean Le DAlembert Jean Le Rond Rond ） 法国著名的物理学家、数学家法国著名的物理学家、数学家 和天文学家；和天文学家； 十八世纪为牛顿力学体系的建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立作出卓越贡献的科学家之一 ；
10、 提出了提出了波动方程波动方程； 第一次提出了第一次提出了流体速度流体速度和和加速加速 度分量度分量的概念。的概念。 DAlembert (1717-DAlembert (1717- 1783)1783)早期的流体力学早期的流体力学 动力学动力学于于17431743年出版，是达朗贝尔最伟大的物理学著作年出版，是达朗贝尔最伟大的物理学著作 动力学动力学中阐述了著名的中阐述了著名的达朗贝尔原理达朗贝尔原理： 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 在没有约束时在没有约束时 ，与牛顿的运动第二定律一致；，与牛顿的运动第二定律一致； 但这是概念上的
11、变化，有下列重要意义：但这是概念上的变化，有下列重要意义： 把动力学问题转化为静力学问题来处理；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；题简化； 在有约束情况下，用达朗贝尔原理式非常有利；在有约束情况下，用达朗贝尔原理式非常有利； 而且为而且为分析力学分析力学的创立打下了基础。的创立打下了基础。 早期的流体力学早期的流体力学 研究研究流体的力学研究从牛顿开始，但作为流体的力学研究从牛顿开始，但作为 一门学科一门学科流体力学，则是流体力学，则是1818世纪的欧世纪的欧 拉，伯努利拉，伯努利(B
12、ernoulli)(Bernoulli)，克莱洛和达朗贝，克莱洛和达朗贝 尔打下的基础；尔打下的基础； 欧拉方程和伯努利方程的建立，是流体动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。动定量研究的阶段。 早期的流体力学早期的流体力学十九世纪的流体力学十九世纪的流体力学Navier (1785-1836)Stokes (1819-1903) 纳维（纳维（Claude Louis Navier, 1785-1836Claude Louis
13、Navier, 1785-1836） 法国工程师和物理学家；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。建立了流体平衡和运动的基本方程。 斯托克斯（斯托克斯（1819-19031819-1903） 英国力学家、数学家；英国力学家、数学家； 建立粘性流体运动的基本方程组建立粘性流体运动的基本方程组 ； 十九世纪的流体力学十九世纪的流体力学 亥姆霍兹（亥姆霍兹（ Hermannvon Helmholtz,1821-1894Hermannvon Helmholtz,1821-1894） 德国物理学家，生理学家。德国物理学家，生理学家。 亥姆霍兹亥姆霍兹涡量定理涡量定理（18581858）
14、；）；Helmholtz (1821-1894)Helmholtz (1821-1894)十九世纪的流体力学十九世纪的流体力学 开尔文（开尔文（Lord KelvinLord Kelvin ，182418241907)1907) 原名原名威廉威廉汤姆森汤姆森(William Thomson(William Thomson） ，爱尔兰的数学物理学家、工程师；，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受勋后的名为凯尔文男爵一世或领主凯 尔文尔文(1st Baron Kelvin(1st Baron Kelvin或或Lord Lord Kelvin)Kelvin)； 开尔文
15、是热力学的主要奠基人之一，被开尔文是热力学的主要奠基人之一，被 称为热力学之父。于称为热力学之父。于18481848年创立了热力年创立了热力 学温标。学温标。Kelvin (1824-1907)Kelvin (1824-1907)十九世纪的流体力学十九世纪的流体力学被称之为被称之为“开尔文开尔文- -赫姆霍兹波浪赫姆霍兹波浪”的的疯狂的云朵疯狂的云朵 18691869年发现年发现 KelvinKelvin环量定理（开尔文环量定理（开尔文- -赫姆霍兹定理）赫姆霍兹定理） 被用来解释很多重要的流体现象。被用来解释很多重要的流体现象。 开尔文开尔文- -赫姆霍兹不稳定性赫姆霍兹不稳定性十九世纪的流体力学十九世纪的流体力学 雷诺（雷诺（O.ReynoldsO.Reynolds，1842-19121842-1912）；）； 英国力学家、物理学家和工程师；英国力学家、物理学家和工程师；
