現在科學界對流體的研究已經到達什麼程度了

2021-08-27 01:25:46 字數 6257 閱讀 2533

1樓:

19世紀,工程師們為了解決許多工程問題,尤其是要解決帶有粘性影響的問題。於是他們部分地運用流體力學,部分地採用歸納實驗結果的半經驗公式進行研究,這就形成了水力學,至今它仍與流體力學並行地發展。2023年,納維建立了粘性流體的基本運動方程;2023年,斯托克斯又以更合理的基礎匯出了這個方程,並將其所涉及的巨集觀力學基本概念論證得令人信服。

這組方程就是沿用至今的納維-斯托克斯方程(簡稱n-s方程),它是流體動力學的理論基礎。上面說到的尤拉方程正是n-s方程在粘度為零時的特例。

普朗特學派從2023年到2023年逐步將n-s方程作了簡化,從推理、數學論證和實驗測量等各個角度,建立了邊界層理論,能實際計算簡單情形下,邊界層內流動狀態和流體同固體間的粘性力。同時普朗克又提出了許多新概念,並廣泛地應用到飛機和汽輪機的設計中去。這一理論既明確了理想流體的適用範圍,又能計算物體運動時遇到的摩擦阻力。

使上述兩種情況得到了統一。20世紀初,飛機的出現極大地促進了空氣動力學的發展。航空事業的發展,期望能夠揭示飛行器周圍的壓力分佈、飛行器的受力狀況和阻力等問題,這就促進了流體力學在實驗和理論分析方面的發展。

20世紀初,以儒科夫斯基、恰普雷金、普朗克等為代表的科學家,開創了以無粘不可壓縮流體位勢流理論為基礎的機翼理論,闡明瞭機翼怎樣會受到舉力,從而空氣能把很重的飛機託上天空。機翼理論的正確性,使人們重新認識無粘流體的理論,肯定了它指導工程設計的重大意義。

機翼理論和邊界層理論的建立和發展是流體力學的一次重大進展,它使無粘流體理論同粘性流體的邊界層理論很好地結合起來。隨著汽輪機的完善和飛機飛行速度提高到每秒50米以上,又迅速擴充套件了從19世紀就開始的,對空氣密度變化效應的實驗和理論研究,為高速飛行提供了理論指導。20世紀40年代以後,由於噴氣推進和火箭技術的應用,飛行器速度超過聲速,進而實現了航天飛行,使氣體高速流動的研究進展迅速,形成了氣體動力學、物理-化學流體動力學等分支學科。

以這些理論為基礎,20世紀40年代,關於炸藥或天然氣等介質中發生的爆轟波又形成了新的理論,為研究原子彈、炸藥等起爆後,激波在空氣或水中的傳播,發展了**波理論。此後,流體力學又發展了許多分支,如高超聲速空氣動力學、超音速空氣動力學、稀薄空氣動力學、電磁流體力學、計算流體力學、兩相(氣液或氣固)流等等。

這些巨大進展是和採用各種數學分析方法和建立大型、精密的實驗裝置和儀器等研究手段分不開的。從50年代起,電子計算機不斷完善,使原來用分析方法難以進行研究的課題,可以用數值計算方法來進行,出現了計算流體力學這一新的分支學科。與此同時,由於民用和軍用生產的需要,液體動力學等學科也有很大進展。

20世紀60年代,根據結構力學和固體力學的需要,出現了計算彈性力學問題的有限元法。經過十多年的發展,有限元分析這項新的計算方法又開始在流體力學中應用,尤其是在低速流和流體邊界形狀甚為複雜問題中,優越性更加顯著。近年來又開始了用有限元方法研究高速流的問題,也出現了有限元方法和差分方法的互相滲透和融合。

2樓:

現在的流體仍然停留在流體力學的階段了還沒有其他方向了。。

3樓:我什麼都不懂

建立了邊界層理論,能實際計算簡單情形下,邊界層內流動狀態和流體同固體間的粘性力。

4樓:小布丁最可愛

科學界對牛體的研究相比於以前還是有了更深一步的發展

5樓:萌萌不知道

這組方程就是沿用至今的納維-斯托克斯方程(簡稱n-s方程),它是流體動力學的理論基礎

6樓:

從推理、數學論證和實驗測量等各個角度,建立了邊界層理論,能實際計算簡單情形下,邊界層內流動狀態和流體同固體間的粘性力

7樓:風蜂蜜柚子茶

科學家對流體的研究性達到了一種很高的階段了,無法用語言來形容

8樓:瓶蓋缺塞兒

現在對流體的研究已經有了很高的技術程度了的。

9樓:夔恰子

一直在研究的路上吧,人們已經對流體有了很多認識

10樓:

現在對於流體的研究其實已經到達了很高的一個程度的。

流體力學三大方程是什麼?適用條件是什麼?

11樓:暴走少女

一、流體力學之流體動力學三大方程分別指:

1、連續性方程——依據質量守恆定律推導得出。

2、能量方程(又稱伯努利方程)——依據能量守恆定律推導得出。

3、動量方程——依據動量守恆定律(牛頓第二定律)推導得出的。

二、適用條件:

流體力學是連續介質力學的一門分支,是研究流體(包含氣體,液體以及等離子態)現象以及相關力學行為的科學納維-斯托克斯方程基於牛頓第二定律,表示流體運動與作用於流體上的力的相互關係。納維-斯托克斯方程是非線性微分方程。

其中包含流體的運動速度,壓強,密度,粘度,溫度等變數,而這些都是空間位置和時間的函式。一般來說,對於一般的流體運動學問題。

需要同時將納維-斯托克斯方程結合質量守恆、能量守恆,熱力學方程以及介質的材料性質,一同求解。由於其複雜性,通常只有通過給定邊界條件下,通過計算機數值計算的方式才可以求解。

12樓:仙鶴成群

基本方程是納維-斯托克斯方程(簡稱n-s方程),尤拉方程,伯努利方。

流體力學是連續介質力學的一門分支,是研究流體(包含氣體,液體以及等離子態)現象以及相關力學行為的科學納維-斯托克斯方程基於牛頓第二定律,表示流體運動與作用於流體上的力的相互關係。納維-斯托克斯方程是非線性微分方程,其中包含流體的運動速度,壓強,密度,粘度,溫度等變數,而這些都是空間位置和時間的函式。一般來說,對於一般的流體運動學問題,需要同時將納維-斯托克斯方程結合質量守恆、能量守恆,熱力學方程以及介質的材料性質,一同求解。

由於其複雜性,通常只有通過給定邊界條件下,通過計算機數值計算的方式才可以求解。

13樓:愛哭de小魔女

納維-斯托克斯方程(簡稱n-s方程),尤拉方程,伯努利方程瑞士的尤拉採用了連續介質的概念,把靜力學中壓力的概念推廣到運動流體中,建立了尤拉方程,正確地用微分方程組描述了無粘流體的運動;

伯努利從經典力學的能量守恆出發,研究供水管道中水的流動,精心地安排了實驗並加以分析,得到了流體定常運動下的流速、壓力、管道高程之間的關係——伯努利方程;

2023年,納維建立了粘性流體的基本運動方程;2023年,斯托克斯又以更合理的基礎匯出了這個方程,並將其所涉及的巨集觀力學基本概念論證得令人信服。這組方程就是沿用至今的納維-斯托克斯方程(簡稱n-s方程),它是流體動力學的理論基礎。上面說到的尤拉方程正是n-s方程在粘度為零時的特例。

邊界層的概念是什麼?邊界層理論對流體力學的發展有什麼重要意義

14樓:藍牌

概念:邊界層是高雷諾數繞流中緊貼物面的粘性力不可忽略的流動薄層,又稱流動邊界層、附面層。它的厚度是:

從物面 (當地速度為零)開始,沿法線方向至速度與當地自由流速度u 相等(嚴格地說是等於0.990或0.995u)的位置之間的距離。

重要意義:

控制邊界層的不利影響。例如,在應用上(例如對航空飛行器來說),層流邊界層的過渡和分離,使機翼阻力(增加)或舉力減少(甚至失速),因此人們很早就設法使機翼表面光滑,並設計“層流翼剖面”,以維持層流邊界層。但這種控制是有限的,所以人們後來採用了許多人工控制邊界層的方法,以達到影響邊界層結構,從而避免邊界層內氣流分離,和減少阻力增加舉力的目的。

實驗和理論得出如下的使流體區域性加速的幾種有效方法:①使部分物面移動,②通過物面上的噴孔(狹縫)吹出流體,以增加表面滯流的能量(圖9);③通過物面上的狹縫,吸走滯流,使邊界層變薄,以抑制分離;④用不同氣體噴射,加速滯流;⑤變更機翼形狀

關於科學家的事例

15樓:韋桂花盈璧

伽利略是17世紀義大利偉大的科學家。那時候,研究科學的人都信奉亞里士多德,把這位兩千多年前的希臘哲學家的話當作不容許更改的真理。亞里士多德曾經說過:

“兩個鐵球,一個10磅重,一個1磅重,同時從高處落下來,10磅重的一定先著地,速度是1磅重的10倍。”這句話使伽利略產生了疑問。他想:

如果這句話正確,那麼把這兩個鐵球拴在一起,落得慢會拖住落得快的,落下的速度要比10磅重的鐵球慢;但是,如果把這兩個鐵球看作一個整體,就有11磅重,落下的速度應當比10磅重的鐵球快。這樣從一個事實中卻可以得出兩個相反的結論,這怎麼解釋呢?伽利略帶著這個疑問反覆做了許多次試驗,結果都證明亞里士多德的這句話的確說錯了。

兩個不同重量的鐵球同時從高處落下來,總是同時著地。鐵球往下落的速度跟鐵球的輕重沒有關係。他要在比薩城的斜塔上做一次公開試驗。

訊息很快傳開了。到了那一天,很多人來到斜塔周圍,都要看看在這個問題上誰是勝利者。伽利略在斜塔頂上出現了。

他右手拿著一個10磅重的鐵球,左手拿著一個1磅重的鐵球。兩個鐵球同時脫手,從空中落下來。一會兒,斜塔周圍的人都忍不住驚訝地呼喊起來,因為兩個鐵球同時著地了,正跟伽利略說的一個樣。

這時大家才明白,原來亞里士多德,說的話也不是全都對的。

16樓:匿名使用者

愛迪生愛迪生小時候對什麼都感興趣。對自己不瞭解的事情總想試一試,弄個明白。有一次他看見花園的籬笆邊有一個野蜂窩,感到很奇怪,就用棍子去撥,想看個究竟,結果臉被野蜂蜇得腫了起來,他還是不甘心,非看清楚蜂窩的構造才行。

愛迪生後來成了舉世聞名的大發明家。

牛頓物理學家牛頓小時候看到蘋果熟了,掉下來很好奇,他想,地球上的東西,失去了支援後為什麼都掉到地上來,而不會向其它方向掉呢?後來,他終於發現了萬有引力定律。

愛因斯坦

一個12歲的孩子,在不可思議的感受中迷上了數學,而且初次領略了一個古老又永恆的哲學命題:思維與存在的關係。一個直角三角形,兩條直角邊的平方相加等於斜邊的平方。

這個平方並不是顯而易見的,可是卻能證明。人的思維能證明不是顯而易見的事情,這是多麼奇妙!那麼量一量行不行呢?

我們現在無法知道小愛因斯坦當時是否作過這樣的設想。從上邊引證的自述來看,愛因斯坦直覺地感到:不行。

一千次、一萬次量度不能代替一次證明,一次證明卻能代替一千次、一萬次量度。幾何學給愛因斯坦帶來的思維奇妙性,使他來不及按部就班,竟一口氣把《聖明幾何學小書》學到最後一頁。 在愛因斯坦步入自然科學領域的最初幾步,有兩個人是很重要的,雖然很難說他們兩人在思想上對愛因斯坦有什麼大的影響,但正是他們,把開啟自然科學殿堂大門的第一把鑰匙遞給了愛因斯坦。

這兩個人是愛因斯坦的叔叔雅各布·愛因斯坦和來自**的大學生塔爾梅。 雅各布·愛因斯坦是個很有事業心並且精力充沛的人,是一個工程師,也和赫爾曼·愛因斯坦一樣愛好數學,就是他動員赫爾曼·愛因斯坦一家移居慕尼黑。在工廠裡,他管技術;在家裡,他則是小愛因斯坦入學前的數學啟蒙者。

愛因斯坦上學後,雅各布叔叔常常給小愛因斯坦出些數學題讓他解答。每當正確解答後,愛因斯坦就特別高興。 2023年10月,愛因斯坦從慕尼黑國民學校進入路易波爾德中學學習,一直讀到15歲。

這期間,來自**的大學生塔爾梅成為愛因斯坦家裡的常客。塔爾梅每星期四到愛因斯坦家來吃晚飯,這是慕尼黑猶太人幫助外國來的窮苦猶太學生的慈善行動。塔爾梅是學醫的,但對各種自然科學知識以及哲學均抱有興趣。

他對小愛因斯坦的超常求知慾及能力很吃驚。那本讓愛因斯坦終身難忘的“神聖的幾何小書”便是塔爾梅送給愛因斯坦的。一開始,塔爾梅總是和愛因斯坦談論數學問題,越談就越引起愛因斯坦對數學的濃厚興趣。

對學校枯燥教學方式厭倦的愛因斯坦乾脆自學起微積分,他提出的數學問題常弄得中學數學老師張口結舌,不知如何回答。 儘管愛因斯坦的數學成績永遠第一,但老師並不喜歡他。 一次,一個老師公開對他說:

“如果你不在我的班上,我會愉快得多。”愛因斯坦不解地回答:“我並沒有做什麼錯事呀!

”老師回答說:“對,確是這樣。可你老在後排笑著,這就褻瀆了教師需要在班級中得到的尊敬感。

” 愛因斯坦當然沒有任何過錯,他的老師的抱怨也可理解。愛因斯坦超常的數學能力確實讓一個普通的中學教師感到難堪和無法言說的心理壓力。 和這位教師不太大度的心理相反,塔爾梅雖不久後也不是愛因斯坦數學上的對手了,但他依然熱情地為愛因斯坦介紹當時流行的種種自然科學書籍和康德的哲學著作,特別是布赫納的《力和物質》、伯恩斯坦的《自然科學通俗讀本》,給愛因斯坦留下極深的印象。

在偉大的科學家們的生涯中,人們發現:他們往往在年幼時期由於偶然的機會接觸到一部著作,從而對他們的命運產生重大影響。愛因斯坦也不例外,他在《自述》中說:

“在12—16歲的時候,我熟悉了基礎數學,包括微積分原理。這時,我幸運地接觸到一些書,它們在邏輯嚴密性方面並不太嚴格,但是能夠簡單明瞭地突出基本思想。總的說來,這個學習確實是令人神往的;它給我的印象之深並不亞於初等幾何,好幾次達到了頂點——解析幾何的基本思想,無窮級數,微分和積分概念。

我還幸運地從一部卓越的通俗讀物中知道了整個自然科學領域裡的主要成果和方法,這部著作①幾乎完全侷限於定性的敘述,這是一部我聚精會神地閱讀了的著作。當我17歲那年作為學數學和物理學的學生進入蘇黎世工業大學時,我已經學過一些理論物理學了。

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