流体力学历史

1、流体力学发展简史 第一阶段（16世纪以前）：流体力学形成的萌芽阶段 第二阶段（16世纪文艺复兴以后-18世纪中叶）流体力学成为一门独立学科的基础阶段 第三阶段（18世纪中叶-19世纪末）流体力学沿着两个方向发展欧拉、伯努利 第四阶段（19世纪末以来）流体力学飞跃发展第一阶段（16世纪以前）：流体力学形成的萌芽阶段 公元前2286年公元前2278年大禹治水疏壅导滞（洪水归于河） 公元前300多年李冰都江堰深淘滩，低作堰 公元584年公元610年隋朝南北大运河、船闸应用埃及、巴比伦、罗马、希腊、印度等地水利、造船、航海产业发展 系统研究古希腊哲学家阿基米德论浮体（公元前250年）奠定了流体静力学的

2、基础返回第二阶段（16世纪文艺复兴以后-18世纪中叶）流体力学成为一门独立学科的基础阶段 1586年斯蒂芬水静力学原理 1650年帕斯卡“帕斯卡原理” 1612年伽利略物体沉浮的基本原理 1686年牛顿牛顿内摩擦定律 1738年伯努利理想流体的运动方程即伯努利方程 1775年欧拉理想流体的运动方程即欧拉运动微分方程第三阶段（18世纪中叶-19世纪末）流体力学沿着两个方向发展欧拉（理论）、伯努利（实验）工程技术快速发展，提出很多经验公式1769年谢才谢才公式（计算流速、流量）1895年曼宁曼宁公式（计算谢才系数）1732年比托比托管（测流速）1797年文丘里文丘里管（测流量）理论1823年纳维，

3、1845年斯托克斯分别提出粘性流体运动方程组（N-S方程）第四阶段（19世纪末以来）流体力学飞跃发展 理论分析与试验研究相结合 量纲分析和相似性原理起重要作用1883年雷诺雷诺实验（判断流态）1903年普朗特边界层概念（绕流运动）1933-1934年尼古拉兹尼古拉兹实验（确定阻力系数）流体力学与相关的邻近学科相互渗透，形成很多新分支和交叉学科流体力学的研究方法理论分析方法、实验方法、数值方法相互配合，互为补充理论研究方法力学模型物理基本定律求解数学方程分析和揭示本质和规律实验方法相似理论模型实验装置数值方法计算机数值方法是现代分析手段中发展最快的方法之一1.1.所提出的液体运动的能量估计及所提

4、出的液体运动的能量估计及所提出的液体运动的解析所提出的液体运动的解析方法，为研究液体运动的规律奠定了理论基础，从而在此基础上形方法，为研究液体运动的规律奠定了理论基础，从而在此基础上形成了一门属于数学的古典成了一门属于数学的古典“水动力学水动力学”（或古典（或古典“流体力学流体力学”）。）。2.2.在古典在古典“水动力学水动力学”的基础上的基础上纳维纳维和和斯托克斯斯托克斯提出了著名的实际粘性提出了著名的实际粘性流体的基本运动方程流体的基本运动方程N-SN-S方程。方程。 从而为流体力学的长远发展奠从而为流体力学的长远发展奠定了理论基础。但由于其所用数学的复杂性和理想流体模型的局限定了理论基础

5、。但由于其所用数学的复杂性和理想流体模型的局限性，不能满意地解决工程问题，故形成了以实验方法来制定经验公性，不能满意地解决工程问题，故形成了以实验方法来制定经验公式的式的“实验流体力学实验流体力学”。但由于有些经验公式缺乏理论基础，使其。但由于有些经验公式缺乏理论基础，使其应用范围狭窄，且无法继续发展。应用范围狭窄，且无法继续发展。3.3.从从1919世纪末起，人们将理论分析方法和实验分析方法相结合，以解决世纪末起，人们将理论分析方法和实验分析方法相结合，以解决实际问题，同时古典流体力学和实验流体力学的内容也不断更新变实际问题，同时古典流体力学和实验流体力学的内容也不断更新变化，如提出了相似理

6、论和量纲分析，边界层理论和紊流理论等，在化，如提出了相似理论和量纲分析，边界层理论和紊流理论等，在此基础上，最终形成了理论与实践并重的研究实际流体模型的现代此基础上，最终形成了理论与实践并重的研究实际流体模型的现代流体力学。在流体力学。在2020世纪世纪6060年代以后，由于计算机的发展与普及，流体年代以后，由于计算机的发展与普及，流体力学的应用更是日益广泛。力学的应用更是日益广泛。 主要的流体力学事件有：主要的流体力学事件有：17381738年瑞士数学家：伯努利在名著年瑞士数学家：伯努利在名著流体动力学流体动力学中提出了中提出了伯努利方程伯努利方程。 17551755年欧拉在名著年欧拉在名著

7、流体运动的一般原理流体运动的一般原理中提出中提出理想流体理想流体概念，并建立概念，并建立了理想流体基本方程和连续方程，从而提出了流体运动的解析方法，同时了理想流体基本方程和连续方程，从而提出了流体运动的解析方法，同时提出了提出了速度势速度势的概念。的概念。 17811781年拉格朗日首先引进了年拉格朗日首先引进了流函数流函数的概念。的概念。 18261826年法国工程师纳维，年法国工程师纳维，18451845年英国数学家、物理学家斯托克斯提出了年英国数学家、物理学家斯托克斯提出了著名的著名的N NS S方程方程。 18761876年雷诺发现了流体流动的两种流态：年雷诺发现了流体流动的两种流态：

8、层流和紊流层流和紊流。 18581858年亥姆霍兹指出了理想流体中旋涡的许多基本性质及旋涡运动理论，年亥姆霍兹指出了理想流体中旋涡的许多基本性质及旋涡运动理论，并于并于18871887年提出了年提出了脱体绕流理论脱体绕流理论。 1919世纪末，世纪末，相似理论相似理论提出，实验和理论分析相结合。提出，实验和理论分析相结合。 19041904年普朗特提出了年普朗特提出了边界层理论边界层理论。 2020世纪世纪6060年代以后，计算流体力学得到了迅速的发展。流体力学内涵不断年代以后，计算流体力学得到了迅速的发展。流体力学内涵不断地得到了充实与提高。地得到了充实与提高。 流体：液体和气体的统称。流体

9、：液体和气体的统称。 计算流体力学：通过计算机来模拟计算流体力学：通过计算机来模拟(仿真仿真)真实的流场真实的流场（CFD）。）。理论流体力学：建立理论模型，以理论研究为主。理论流体力学：建立理论模型，以理论研究为主。流流体体力力学学实验流体力学：对理论流体力学的补充、验证和修正。实验流体力学：对理论流体力学的补充、验证和修正。但这样说是不严格的，严格地说应该用力学的语言来叙述：但这样说是不严格的，严格地说应该用力学的语言来叙述：在任何微小剪切力的持续作用下能够连续不断变形的物质，称为流体。在任何微小剪切力的持续作用下能够连续不断变形的物质，称为流体。根据上述定义，流体显然不能保持一定的形状，

10、即具有流动性。但流体在静止时不能根据上述定义，流体显然不能保持一定的形状，即具有流动性。但流体在静止时不能承受切向力，这显然与固体不同。固体在静止时也能承受切向力，发生微小变形以抗承受切向力，这显然与固体不同。固体在静止时也能承受切向力，发生微小变形以抗拒外力，一直达到平衡为止拒外力，一直达到平衡为止,只要作用力保持不变，固体的变形就不再变化。只要作用力保持不变，固体的变形就不再变化。丹丹伯努利简介伯努利简介 丹丹伯努利（伯努利（Daniel BernoullDaniel Bernoull，1700170017821782）：瑞士科学家，曾在俄国彼得堡科学）：瑞士科学家，曾在俄国彼得堡科学院任

11、教，他在流体力学、气体动力学、微分院任教，他在流体力学、气体动力学、微分方程和概率论等方面都有重大贡献，是理论方程和概率论等方面都有重大贡献，是理论流体力学的创始人。流体力学的创始人。 伯努利以伯努利以流体动力学流体动力学（17381738）一书）一书著称于世，书中提出流体力学的一个定理，著称于世，书中提出流体力学的一个定理，反映了理想流体（不可压缩、不计粘性的流反映了理想流体（不可压缩、不计粘性的流体）中能量守恒定律。这个定理和相应的公体）中能量守恒定律。这个定理和相应的公式称为伯努利定理和伯努利公式。式称为伯努利定理和伯努利公式。 他的固体力学论著也很多。他对好友他的固体力学论著也很多。他

12、对好友 欧欧拉提出建议，使欧拉解出弹性压杆失稳后的拉提出建议，使欧拉解出弹性压杆失稳后的形状，即获得弹性曲线的精确结果。形状，即获得弹性曲线的精确结果。1733173317341734年他和欧拉在研究上端悬挂重链的振动年他和欧拉在研究上端悬挂重链的振动问题中用了贝塞尔函数，并在由若干个重质问题中用了贝塞尔函数，并在由若干个重质点串联成离散模型的相应振动问题中引用了点串联成离散模型的相应振动问题中引用了拉格尔多项式。他在拉格尔多项式。他在17351735年得出悬臂梁振动年得出悬臂梁振动方程；方程；17421742年提出弹性振动中的叠加原理，年提出弹性振动中的叠加原理，并用具体的振动试验进行验证；

13、他还考虑过并用具体的振动试验进行验证；他还考虑过不对称浮体在液面上的晃动方程等。不对称浮体在液面上的晃动方程等。 李冰简介李冰简介李冰（公元前李冰（公元前302302235235）是我国科学治水的典）是我国科学治水的典范，伟大的水利学家。他领导创建了目前世界范，伟大的水利学家。他领导创建了目前世界上历史最悠久的水利工程上历史最悠久的水利工程都江堰。在水利都江堰。在水利史上立下了千古奇功，名扬世界，造福百姓，史上立下了千古奇功，名扬世界，造福百姓，功垂千秋，恩泽万世。功垂千秋，恩泽万世。李冰总结了前人治水的经验，在渠首工程的选李冰总结了前人治水的经验，在渠首工程的选点上作了深刻的科学研究。精心地

14、选择在成都点上作了深刻的科学研究。精心地选择在成都平原顶点的岷江上游出山口处作为工程地点，平原顶点的岷江上游出山口处作为工程地点，采用乘势利导、因时制宜的治水方略，修建了采用乘势利导、因时制宜的治水方略，修建了都江堰水利工程：无坝引水的鱼嘴分水堤，泄都江堰水利工程：无坝引水的鱼嘴分水堤，泄洪排沙的溢洪道，保证成都平原引足春水和控洪排沙的溢洪道，保证成都平原引足春水和控制洪水的咽喉工程宝瓶口。使鱼嘴分水堤、宝制洪水的咽喉工程宝瓶口。使鱼嘴分水堤、宝瓶口、飞沙堰溢洪道三大主体工程各有其独特瓶口、飞沙堰溢洪道三大主体工程各有其独特的功能和作用。它们之间相互依存，相互制约的功能和作用。它们之间相互依存

15、，相互制约，形成布局合理的系统工程，联合发挥分流分，形成布局合理的系统工程，联合发挥分流分沙、泄洪排沙、引水输沙的重要作用。其科学沙、泄洪排沙、引水输沙的重要作用。其科学合理的设计方案，仍令当今科学界赞叹不已。合理的设计方案，仍令当今科学界赞叹不已。都江堰保证了流区千万亩农田和城市用水的需都江堰保证了流区千万亩农田和城市用水的需要，使其枯水不缺、洪水不淹、泥沙少淤、水要，使其枯水不缺、洪水不淹、泥沙少淤、水旱从人，堪称旱从人，堪称“天然佳构天然佳构”。 李冰是在大禹之精神激励下完成建堰伟业李冰是在大禹之精神激励下完成建堰伟业的。综观都江堰的创建史，的。综观都江堰的创建史，“大禹肇其端，开大禹肇

16、其端，开明继其业，李冰总其成明继其业，李冰总其成”。李冰不愧是一个总。李冰不愧是一个总其成的伟大治水专家，中华民族的骄傲。其成的伟大治水专家，中华民族的骄傲。达达芬奇简介芬奇简介达达芬奇（芬奇（Leonardo daLeonardo da Vinci ,1452 Vinci ,145215191519）：）：意大利文艺复兴时期的美术家、自然科学家、工意大利文艺复兴时期的美术家、自然科学家、工程师，是力学理论的奠基者，为水力学、流体力程师，是力学理论的奠基者，为水力学、流体力学古典理论的形成做出了重要贡献。学古典理论的形成做出了重要贡献。 他的哲学思想接近唯物主义，认为世界的一他的哲学思想接近唯

17、物主义，认为世界的一切都服从客观的必然性规律，认识起源于感觉，切都服从客观的必然性规律，认识起源于感觉，同时也指出理论概括的重要性。他强调数学和力同时也指出理论概括的重要性。他强调数学和力学是自然科学的基础。在军事、水利、土木、机学是自然科学的基础。在军事、水利、土木、机械工程等方面有许多重要的设想和发现。械工程等方面有许多重要的设想和发现。 达达芬奇的力学研究并不只限于理论上。他芬奇的力学研究并不只限于理论上。他还运用力学和机械原理设计了许多机器和器械，还运用力学和机械原理设计了许多机器和器械，参加了运河、水利和建筑工程的设计和施工。他参加了运河、水利和建筑工程的设计和施工。他通过对鸟翼运动

18、的研究，于通过对鸟翼运动的研究，于14931493年首次设计出一年首次设计出一个飞行器。个飞行器。 他在水力学方面写有许多重要手稿，并在他他在水力学方面写有许多重要手稿，并在他死后以死后以水的运动与测量水的运动与测量为题出版。为题出版。 欧拉简介欧拉简介L L 欧拉（欧拉（LeonhardLeonhard Euler Euler ，1707170717831783）：瑞士）：瑞士数学家、力学家、天文学家、物理学家，变分法数学家、力学家、天文学家、物理学家，变分法的奠基人，复变函数论的先驱者，理论流体力学的奠基人，复变函数论的先驱者，理论流体力学的创始人。的创始人。 欧拉曾任彼得堡科学院教授，柏林科学院的欧拉曾任彼得堡科学院教授，柏林科学院的创始人之一。他是刚体力学和流体力学的奠基者创始人之一。他是刚体力学和流体力学的奠基者，弹性系统稳定性理论的开创人。他认为质点动，弹性系统稳定性理论的开创人。他认为质点动力学微分方程可以应用于液体（力学微分方程可以应用于液体（17501750）。他曾用）。他曾用两种方法来描述流体的运动，即分别根据空间固两种方法来描述流体的运动，即分别根据空间固定点（定点（17551755）和根据确定的流体质点（）和根据确定的流体质点（175917