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近来发展非常迅速的各类流动显示技术和粒子成像测速法将对猝发分离失稳,以及各类涡的形成运动和发展破裂合并重联等现象和过程提供详细的记录,巧妙地设计实验将为建立新的理论模型指出方向和依据。
直接数值模拟可以摒弃对经验的依赖,考虑到计算机性能的限度,需要发展高分辨率的算法和并行计算技术,精心设计典型算例,将会提供更多新的现象和规律。
研究湍流混沌所遇到的数学困难在于方程的非线性,采用摄动展开不失为解决弱非线性问题的手段,但很有必要寻求新的表述方法和数学工具。
针对不同类型的流动特点,将会不断构造出新的理论模型,增强预测的能力。
在应用基础研究方面,需要加强流体力学的研究在应用基础研究方面除了继续解决航空航天航海机械水利化工等方面的流体力学问题,还将在普遍受到重视的能源环境材料以及高技术等领域中加强流体力学的研究。
相当数量的问题是具有几何形状复杂流体结构多,逐步得到定量的研究,生物流变学就是个例子。
流体技术发展趋势展望下世纪流体力学的发展,方面以湍流机制为核心的若干基本问题将继续受到重视另方面为促进国家建设和社会进步,主要力量将会集中于研究与现了有限元方法和差分方法的互相渗透和融合。
从世纪年代起,流体力学开始了流体力学和其他学科的互相交叉渗透,形成新的交叉学科或边缘学科,如物理化学流体动力学磁流体力学等原来基本上只是定性地描述的问题弹性力学问题的有限元法。
经过十多年的发展,有限元分析这项新的计算方法又开始在流体力学中应用,尤其是在低速流和流体边界形状甚为复杂问题中,优越性更加显著。
近年来又开始了用有限元方法研究高速流的问题,也出法难以进行研究的课题,可以用数值计算方法来进行,出现了计算流体力学这新的分支学科。
与此同时,由于民用和军用生产的需要,液体动力学等学科也有很大进展。
世纪年代,根据结构力学和固体力学的需要,出现了计算稀薄空气动力学电磁流体力学计算流体力学两相气液或气固流等。
这些巨大进展是和采用各种数学分析方法和建立大型精密的实验设备和仪器等研究手段分不开的。
从年代起,电子计算机不断完善,使原来用分析方代,关于炸药或天然气等介质中发生的爆轰波又形成了新的理论,为研究原子弹炸药等起爆后,激波在空气或水中的传播,发展了爆炸波理论。
此后,流体力学又发展了许多分支,如高超声速空气动力学超音速空气动力学了理论指导。
世纪年代以后,由于喷气推进和火箭技术的应用,飞行器速度超过声速,进而实现了航天飞行,使气体高速流动的研究进展迅速,形成了气体动力学物理化学流体动力学等分支学科。
以这些理论为基础,世纪年力学的次重大进展,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米以上,又迅速扩展了从世纪就开始的,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。
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新概念,并广泛地应用到飞机和汽轮机的设计中去。
这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。
世纪初,飞机的出现极大地促进了空气动力学的发展。
航空事业的度为零时的特例。
普朗特学派从年到年逐步将方程作了简化,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方程在粘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。
年,纳维建立了粘性流体的基本运动方程年,斯托克斯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。
世纪,工程师们为了解决许多工程问题,尤程的建立,是流体动力学作为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。
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。
年,纳维建立了粘性流体的基本运动方程年,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方程在粘度为零时的特例。
普朗特学派从年到年逐步将方程作了简化,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。
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。
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米以上,又迅速扩展了从世纪就开始的,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。
世纪年代以后,由于喷气推进和火箭技术的应用,飞行器速度超过声速,进而实现了航天飞行,使气体高速流动的研究进展迅速,形成了气体动力学物理化学流体动力学等分支学科。
以这些理论为基础,世纪年代,关于炸药或天然气等介质中发生的爆轰波又形成了新的理论,为研究原子弹炸药等起爆后,激波在空气或水中的传播,发展了爆炸波理论。
此后,流体力学又发展了许多分支,如高超声速空气动力学超音速空气动力学稀薄空气动力学电磁流体力学计算流体力学两相气液或气固流等。
这些巨大进展是和采用各种数学分析方法和建立大型精密的实验设备和仪器等研究手段分不开的。
从年代起,电子计算机不断完善,使原来用分析方法难以进行研究的课题,可以用数值计算方法来进行,出现了计算流体力学这新的分支学科。
与此同时,由于民用和军用生产的需要,液体动力学等学科也有很大进展。
世纪年代,根据结构力学和固体力学的需要,出现了计算弹性力学问题的有限元法。
经过十多年的发展,有限元分析这项新的计算方法又开始在流体力学中应用,尤其是在低速流和流体边界形状甚为复杂问题中,优越性更加显著。
近年来又开始了用有限元方法研究高速流的问题,也出现了有限元方法和差分方法的互相渗透和融合。
从世纪年代起,流体力学开始了流体力学和其他学科的互相交叉渗透,形成新的交叉学科或边缘学科,如物理化学流体动力学磁流体力学等原来基本上只是定性地描述的问题,逐步得到定量的研究,生物流变学就是个例子。
流体技术发展趋势展望下世纪流体力学的发展,方面以湍流机制为核心的若干基本问题将继续受到重视另方面为促进国家建设和社会进步,主要力量将会集中于研究与解决具有明确应用目标的应用基础课题。
今后至年,流体力学大体会沿以下三个方向发展在基础理论研究方面,湍流机制将仍然是研究的焦点对于流动稳定性和混沌的研究也将会以相当大的比重与湍流研究相结合或者与之发生密切的联系。
近来发展非常迅速的各类流动显示技术和粒子成像测速法将对猝发分离失稳,以及各类涡的形成运动和发展破裂合并重联等现象和过程提供详细的记录,巧妙地设计实验将为建立新的理论模型指出方向和依据。
直接数值模拟可以摒弃对经验的依赖,考虑到计算机性能的限度,需要发展高分辨率的算法和并行计算技术,精心设计典型算例,将会提供更多新的现象和规律。
研究湍流混沌所遇到的数学困难在于方程的非线性,采用摄动展开不失为解决弱非线性问题的手
