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流体力学发展概况和趋势

发布时间:2022/6/14 18:00:54   

本文摘录自由郑哲敏院士领衔的多名院士起草的《自然科学学科发展之战略研究报告》

作为物理的一部分,流体力学在很早以前就得到发展。在19世纪,流体力学沿着两个方面发展,一方面,将流体视为无粘性的,有一大批有名的力学数学家从事理论研究,对数学物理方法和复变函数的发展,起了相当重要的作用;另一方面,由于灌溉、给排水、造船,及各种工业中管道流体输运的需要,使得工程流体力学,特别是水力学得到高度发展。

将二者统一起来的关键是本世纪初边界层理论的提出,其中心思想是在大部分区域,因流体粘性起的作用很小,流体确实可以看成是无粘的。这样,很多理想流体力学理论就有了应用的地方。但在邻近物体表面附近的一薄层中,粘性起着重要的作用而不能忽略。边界层理论则提供了一个将这两个区域结合起来的理论框架。边界层这样一个现在看来是显而易见的现象,是德国的普朗特在水槽中直接观察到的。这虽也是很多人可以观察到的,却未引起重视,普朗特的重大贡献就在于他提出了处理这种把两个物理机制不同的区域结合起来的理论方法。这一理论提出后,在经过约10年的时间,奠定了近代流体力学的基础。

有意思的是在流体力学中发现的这种边界层现象,很快地在别的科学领域得到了响应,因为这里面包含了更广泛和深刻的内容。由此又大大促进了应用数学的发展,从而形成了现在在很多科学中广泛应用的“渐近匹配法”。

在流体力学中首先发现的现象及为此提出的理论,在一段时间以后被发现在其他学科领域中同样存在和有用,这样的例子并不是唯一的一个。例如,年前在水波中观察到的孤立波及其理论到本世纪60年代被发现在声波、光波中同样存在和有用,从而迅速形成了系统的理论。目前具有重要应用前景的光通讯,正是建立在孤立子(孤立波)理论基础上的。

又如在上个世纪发现的流体从下部加热从而引起对流并能形成有规则图形的现象,以及本世纪20年代发现的两旋转圆筒间所充满的流体在一定条件下能形成有规则的二次流的现象,成了近代在各个学科领域中普遍

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