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流体力学名人介绍

2007-09-23 01:28:21  作者:  来源:互联网  浏览次数:214  文字大小:【】【】【
简介:雷诺 (Osborne Reynolds 1842~1912) 德国力学家、物理学家、工程师。1842年8月23日生于北爱尔兰的贝尔法斯特,1912年2月21日卒于萨默塞特的沃切特。早年在工场做技术工作,1867年毕业于剑桥大学王后学院 ...
关键字:流体力学

雷诺 (Osborne Reynolds 1842~1912)
      德国力学家、物理学家、工程师。1842年8月23日生于北爱尔兰的贝尔法斯特,1912年2月21日卒于萨默塞特的沃切特。早年在工场做技术工作,1867年毕业于剑桥大学王后学院。1868年起任曼彻斯特欧文学院工程学教授,1877年当选为皇家学会会员。1888年获皇家奖章。
雷诺在流体力学方面最主要的贡献是发现流动的相似律,他引入表征流动中流体惯性力和粘性力之比的一个量纲为1的数,即雷诺数。对于几何条件相似的各个流动,即使它们的尺寸、速度、流体不同,只要雷诺数相同,则这个流动是动力相似的。1851年G.G.斯托克斯已认识到这个比数的重要性。1883年雷诺通过管道中平滑流线性型流动(层流)向不规则带旋涡的流动(湍流)过渡的实验,阐明了这个比数的作用。在雷诺以后,分析有关的雷诺数成为研究流体流动特别是层流向湍流过渡的一个标准步骤。此外,雷诺还给出平面渠道中的阻力;提出轴承的润滑理论(1886);研究河流中的波动和潮汐,阐明波动中群速度概念;将许多单摆上端串联且均匀分布在一紧张水平弦线上以演示群速度;指出气流超声速地经管道最小截面时的压力(临界压力)(1885)。引进湍流中有关应力概念(1895),还从分子模型解释了剪胀(dilatancy)的机理等。
在物理学和工程学方面,雷诺解释了辐射计的作用;作过热的力学当量的早期测定;研究过固体和液体的凝聚作用和热传导,从而导致锅炉和凝结器的根本改造,研究过涡轮泵,使它的应用得到迅速发展。


欧拉 (Leohard Euler1707~1783) 
      瑞士数学家、力学家。1707年4月15日生于瑞士巴塞尔,1783年9月13日卒于俄国彼得堡。1727年,欧拉接受丹尼尔第一·伯努利的建议,到俄国彼得堡科学院工作,1733年起继丹尼尔第一·伯努利任该院数学部主任。1735年因劳累导致右目失明。1741年应邀到德国任柏林科学院院士,在柏林25年间写了大量著作,其中大部分送彼得堡科学院发表,1766年回俄国,不久全盲,但仍继续从事科学研究,如对当时的难题月球运动理论的综合研究。成果由他口述,在大石板上书写数学式,并由其子笔录。欧拉一生虽历尽挫折,仍勤奋工作终身。逝世当天下午,还在石板上进行演算,黄昏进餐时讨论计算新发现的天王星轨道的方案,夜晚中风去世。
欧拉是18世纪著述最多的数学家,他的著述涉及当时数学的各个领域,许多数学名词是以欧拉命名的,如欧拉积分、欧拉数、各种欧拉公式等。他同他的后继者J.-L.拉格朗日一起完成了数学由用综合方法到用分析方法的过渡,但两人在风格上迥然不同,欧拉以具体、细致著称,拉格朗日则以善于抽象、概括见长。
欧拉将数学方法用于力学,在力学各个领域中都有突出贡献;他是刚体动力学和流体力学的奠基者,弹性系统稳定性理论的开创人。在1736年出版的两卷集《力学或运动科学的分析解说》中,他考虑了自由质点和受约束质点的运动微分方程。欧拉在书中把力学解释为“运动的科学”不包括“平衡的科学”即静力学。
在力学原理方面,欧拉赞成P.LM.de马保梯的最小作用原理。在研究刚体运动学和刚体动力学中,他得出最基本的结果,其中有:刚体定点有限运动等价于绕过定点某一轴的的转动;刚体定点运动可用三个角度(称为欧拉角)的变化来描述;刚体定点转动时角速度变化和外力矩的关系;定点刚体在不受外力矩时的运动规律(称为定点运动的欧拉情况,这一成果1834年由L.潘索作出几何解释),以及自由刚体的运动微分方程等。
这些成果均载于他的专著《刚体运动理论》(1765)一书中。欧拉认为,质点动力学微分方程可以应用于液体(1750)。他曾用两种方法来描述流体的运动,即分别根据空间固定点(1755)和根据确定流体质点(1759)描述流体速度场。这两种方法通常称为欧拉表示方法和拉格朗日表示法。欧拉奠定了理想流体(假设流体不可压缩,且其粘性可忽略)的运动理论基础,给出反映质量守恒的连续性方程(1752)和反映动量变化规律的流体动力学方程(1755)。欧拉研究过弦、杆等弹性系统的振动。他和丹尼尔第一·伯努利一起分析过上端悬挂着的重链的振动以及相应的离散模型(挂有一串质量的线)的振动。他在丹尼尔第一·伯努利的帮助下,得到弹性受压细杆在失稳后的挠曲线 (elastica)的精确解。能使细杆产生这种挠曲的最小压力后被称为细杆的欧拉临界负载荷。欧拉在应用力学如弹道学、船舶理论、月球运动理论等方面也有研究。
欧拉写有专著和论文800多种。1911年起出版《欧拉全集》计划出74卷,已出72卷。他的著作大部分是用拉丁文写的。

拉格朗日(Joseph-Louis Lagrange 1735~1813)
      法国力学家、数学家。1736年1月25日生于意大利都灵,1813年4月10日卒于巴黎。
拉格朗日20岁以前在都灵炮兵学校教数学课。1756年被选为柏林科学院外籍院士。1766年去柏林科学院接替L.欧拉,担任物理数学部主任,直到1787年离开柏林到巴黎定居为止。1789年法国革命后,他从事度量衡米制改革,担任法国经度局委员,并讲授课程。1795年巴黎综合工科学校成立,他和该校创立者G.蒙日(1746~1818)一起担任主要的数学教员。他被拿破仑任命为参议员,封为伯爵。死后葬于巴黎先贤祠。
      拉格朗日是分析力学的奠基人。他在所著《分析力学》(1788)中,吸收并发展了欧拉、达朗贝尔等人的研究成果,应用数学分析解决质点和质点系(包括刚体、流体)的力学问题。
拉格朗日继欧拉之后研究过理想流体运动方程,并最先提出速度势和流函数的概念,成为流体无旋运动理论的基础。他在《分析力学》中从动力学普遍方程导出的流体运动方程,着眼于流体质点,描述每个流体质点自始至终的运动过程,这种方法现在称为拉格朗日方法,以区别着眼于空间点的欧拉方法,但实际上这种方法欧拉也应用过。1764~1778年,他因研究月球平动等天体力学问题曾五次获法国科学院奖。在数学方面,拉格朗日是变分方法的奠基人之一;他对代数方程的研究为伽罗瓦群论的建立起了先导作用。

伯努利(Daniel I Bernoulli 1700~1782)
      瑞士著名科学世家伯努利家族的重要成员之一。1700年1月29日出生于荷兰的格罗宁根。1782年3月17日卒于格罗宁根,终生独身。1726~1733在俄国圣彼堡科学院主持数学部。丹尼尔第一·伯努利具有坚实的数学基础和敏锐的洞察力,解决问题往往表现出他的独创性。1725~1749年间,他曾十次获得法国科学院的奖金。第一次获奖时仅24岁,当时他设计了一架用于海上测定时间的漏壶。他的研究领域包括数学、力学、磁学、潮汐、洋流、行星轨道等。他曾与瑞士数学家L.欧拉和苏格兰数学家C.马克劳林合作撰写关于潮汐的论文并获奖.1738年他在施特拉斯堡出版了《水动力学》一书,奠定了这一学科的基础,并因此获得了极高的声望。他提出理想流体的能量守恒定律,即单位重量液体的位置势能、压力势能和动能的总和保持恒定,后即称为伯努利定理。在此基础上,又阐述了水的压力、速度之间的关系,提出了流体速度增加则压力减小这一重要结论。丹尼尔第一·伯努利在固体力学方面亦有很多论著。如1735年提出悬臂梁振动方程,1742年提出弹性振动理论中的叠加原理。

斯托克斯,G。G(George Gabriel stokes1819~1903)
英国力学家、数学家。1819年8月13日生于斯克林,1903年2月1日卒于剑桥。
斯托克斯1849年起在剑桥大学任卢卡斯座教授,1851年当选皇家学会会员,1854年起任学会书记,30年后被选为皇家学会会长。斯托克斯为继I.牛顿之后任卢卡斯座教授、皇家学会书记、皇家学会会长这三项职务的第二个人。
斯托克斯的主要贡献是对粘性流体运动规律的研究。C.-L.-M.-H.纳维从分子假设出发,将L.欧拉关于流体运动方程推广,1821年获得带有一个反映粘性的常数的运动方程。1845年斯托克斯从改用连续系统的力学模型和牛顿关于粘性流体的物理规律出发,在《论运动中流体的内摩擦理论和弹性体平衡和运动的理论》中给出粘性流体运动的基本方程组,其中含有两个常数,这组方程后称纳维-斯托克斯方程,它是流体力学中最基本的方程组。1851年,斯托克斯在《流体内摩擦对摆运动的影响》的研究报告中提出球体在粘性流体中作较慢运动时受到的阻力的计算公式,指明阻力与流速和粘滞系数成比例,这是关于阻力的斯托斯公式。斯托克斯发现流体表面波的非线性特征,其波速依赖于波幅,并首次用摄动方法处理了非线性波问题(1847)。
斯托克斯对弹性力学也有研究,他指出各向同性弹性体中存在两种基本抗力,即体积压缩的抗力和对剪切的抗力,明确引入压缩刚度的剪切刚度(1845),证明弹性纵波是无旋容胀波,弹性横波是等容畸变波(1849)。
斯托克斯在数学方面以场论中关于线积分和面积分之间的一个转换公式(斯托克斯公式)而闻名。

泰勒(Geoffrey Ingram Taylor 1886~1975)
英国力学家。1886年3月7日生于伦敦,1975年6月27日卒于剑桥。泰勒1905年进入剑桥大学三一学院学习,1907年通过第一部分学位考试(数学),1908年通过第二部分学位考试(物理)。毕业后在剑桥大学工作。他青年时爱好划船、滑翔、跳伞等活动,对其中不少涉及流体力学的问题深感兴趣。第一次世界大战期间入伍,在英国皇家飞机厂任气象员。1919年回到剑桥三一学院任讲师,在E.卢瑟福领导的卡文迪什实验室工作,同年被选为皇家学会会员,1923年被任命为皇家学会两名研究教授之一,直到1951年退休时为止,一直担任此职。1944年因科学工作成绩卓著被授予爵位。1945年参与美国曼哈顿工程的工作,参与在新墨西哥州进行的第一颗原子弹爆炸试验。泰勒长期在剑桥大学从事力学研究工作,其中有不少同国防科学有关,直到1972年4月因患中风失去工作能力为止。
泰勒对力学的贡献是多方面的。在流体力学方面,他阐明激波内部结构(1910);对大气湍流湍流扩散作了研究(1915,1921,1932);得出同轴两转动圆轴间流动的失稳条件(1923),在研究原子弹爆炸中提出强爆炸的自模拟理论(1946,1950);指出在液滴中起主要作用的是表面张力而不是粘性力(1959)等。在固体力学方面他对晶体中的位错理论(1934),薄板穿孔中的塑性流动(1940)和高速加载材料试验(1946)也作出了贡献。
泰勒科学工作的特点是擅长巧妙地把深刻的物理洞察力和高深的数学方法结合起来,并善于设计出简单而又完善的专门实验。1970年,他对流体力学中这种理论和实际相结合的方法作了总结性发言,后发表于1974年《流体力学综述年刊》。

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