流体力学与当今科学技术

流体力学与今天的科学技术袁强1093310428流体力学是关于液体和气体的静力学和动力学的一门应用力学。主要研究在各种力的作用下，流体本身的状态，以及流体与固体壁面。流体和流体间，流体与其他运动形态之间的相互作用的力学分支。主要研究流体本身的静止状态和运动状态，以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动规律。牛顿在17世纪便提出了牛顿粘性定律，并建立了许多力学模型，但相对不成熟。而之后欧拉与伯努利的理论则是在真正意义上建立起了流体力学。19世纪流体力学开始进入工程应用，但是遇到了流体粘度问题，斯托克斯于1845年到处了N-S方程，奠定了流体力学理论基础，为该门学科在现实中的应用创造了条件。20世纪，莱特兄弟开创了人类的飞行时代，随着飞机的提速升级，流体力学再次被大量应用，并提高，开创了无粘不可压缩流体位势流理论。最后形成气体动力学等等流体力学的分支。当然流体力学不仅限于气体，液体，还有超高温作用下的金属，燃烧后产生复杂成分的气体，高温等离子体等等都是在其范畴之内。流体力学现状目前的流体力学建立在三大假设之上，质量守恒动量守恒和连续体假设。这三大假设是流体力学理论与应用的基石。个人俊的目前流体力学无法从量子等微观角度进行分析，只能从较为宏观的角度对流体定性总结宏观规律。作为军迷，我对空气动力学有一定的了解，这种假设的无奈在航空领域内格外突出。举例来说，陈一坚院士谈到这方面时也说过，我们国家计算机正在向1000万次进发，（事实上我们已经有了现在），美国日本也在往这方面发展，过去没有计算机的时候也解方程，一般都是解解析方程，今天气动力计算机的出现得到飞速发展而且可以算的很细，一架飞机，周围若干半径很多点，有的贴合在飞机附近有的距离飞机比较远的地方，这一点的速度场压力场是很大，过去一般计距离较近的几个点就可以了叫特征点，现在立足于百万亿次计算机，气动力可以算到一个亿节点，有六亿个元素，但是仍然不能取代吹风，这是个精度问题，因为湍流问题没有得到解决，前段时间法航失事就是湍流的问题，湍流的涡流什么时候形成什么时候移走维持多久，什么时候破碎至今没有答案，空气动力学的基本理论机理或者说流体的理论机理至今没有得到解决。所以，至今，流体力学个人觉得还是粗糙的。对于宏观应用三大假设已经足够但是要彻底搞定流体还有待于基础物理的研究深入解开物质之谜以及计算机运算能力和逻辑能力的飞跃。目前人类科技从历史上来看还是原始的，毕竟有文献记载的历史也就不过五六千年。科技的真正发展也是近两个世纪的事情，路还很长。而据我所知流体力学的学科分支很多很复杂有空气动力学流体静力学流体运动学等等。当下流体力学这门学科的研究可以分为现场观测、实验模拟、理论分析、数值计算。现场观测是对自然界固有的流动现象或已有工程全尺寸流动现象。利用各种仪器进行系统观测，从而总结出流体运动的规律，并借以预测流动现象的演变，过去对大气观测和预报，基本上是这样进行的。而模型试验在流体力学中占有重要地位，这里的模型是根据理论指导，把研究对象的尺寸改变，以便安排实验，有些流体现象难于靠理论计算解决，有的则不可能做原型实验，这时，根据模型实验所得的数据可以用像换算单位制那样的简单方法求出原型的数据。理论分析是根据流体运动的普遍规律如质量守恒动量守恒能量守恒等，利用数学分析的手段，研究流体的运动，解释已知现象和预测可能的结果。从基本概念到基本方程的一系列定量研究都涉及到很深的数学问题，所以流体力学发展是以数学的发展为前提的。反过来讲经过实验和工程实践的考验的流体力学理论又检验和丰富了数学的理论，他所提出的一些问题也是进行数学研究，发展数学理论的好课题，按目前的数学发展水平看，有不少题目将是在今后几十年以内难于从纯数学角度完美解决的。当今科学技术我从当今的自然科学讲起，当代自然科学我用下面的图大致归纳下：数学(个人觉得数学整块都是适用流体力学，且数学分支太复杂，不在这里列举)物理学化学粒子物理学、原子核物理学、原子分子物理学、固体物理学、凝聚态物理学、激光物理学、等离子体物理学、声学物理学、电磁学、光学、量子场论等无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、高分子化学天文学地球科学生命科学（天文学主要结合物理学我不分了）水文学、土壤学、生物学、地壳学、地貌学等生物学、海洋生物学、遗传学、生态学、植物学、动物学、病毒学等当今的数学现代数学分支繁多。按美国数学会的分类，数学科目可以分成60多个大类，每个大类下面又有几十个子类，总计有3500个以上的子类。肯定没有人能把所有这些分支都了如指掌，甚至于一个分支的专家也很难把分支里的所有数学了解的一清二楚。------------------（《现代数学的特点和现状》丁伟岳）我们当代的数学分支繁多复杂很多虽然是正确的逻辑结果但是这些对人类文明（科学文明）进程的作用并不大，这类数学分支我们不讨论，当今的数学主要分支有算术、初等代数、高等代数、数论、欧氏几何、非欧几何、解析几何、微分几何、代数几何学、射影几何学、拓扑学、分形几何、微积分学、实变函数论、概率论和数理统计、复变函数论、泛函分析、偏微分方程、常微分方程、数理逻辑、模糊数学、运筹学、计算数学、空变理论。现在这些都已经进入了成熟期，虽然有些问题还没有解决但是这些主要分支的理论都已经是比较成熟和完美。这些分支在流体力学的研究方面也发挥着巨大的作用。当今的物理学当今的物理学从我们初中时期开始就有的经典物理发展到了现在的微观领域。比如粒子物理学、原子核物理学、原子分子物理学、量子力学等等，物理学不像数学那样很多理论都已经完善完美，纯思维的东西已经到达了一定境界当然成长的空间还是有毕竟我们只是站在我们现在的这个时代看这些问题，而物理则不同，我们还在继续的探索，未知的东西实在太多比如量子引力如何帮助解释宇宙起源、质子的寿命有多长，如何来理解、自然界是超对称的吗等等，当然这些是物理学未来发展的有待解决的我们现在的物理学知识的积累已经在工程领域发挥巨大