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1、流流 体体 力力 学学总学时：总学时：3232学时学时 课堂教学：课堂教学：2626学时学时 实验教学：实验教学：4 4学时学时 教材：教材：流体力学泵与风机流体力学泵与风机 蔡增基蔡增基 龙天渝龙天渝 主编主编 中国建筑工业出版社出版中国建筑工业出版社出版 内内容容第一章第一章 绪论绪论第二章第二章 流体静力学流体静力学第三章第三章 流体动力学基础流体动力学基础第四章第四章 流动阻力和能量损失流动阻力和能量损失第五章第五章 孔口管嘴管路流动孔口管嘴管路流动第六章第六章 相似原理和因次分析相似原理和因次分析绪绪 论论流体力学发展史及其在实际工程中的应用流体力学发展史及其在实际工程中的应用一、一
2、、人类早期的梦想和探索人类早期的梦想和探索人类早期的梦想和探索人类早期的梦想和探索墨子墨子墨子墨子记载：记载：记载：记载：“公输子削竹木以为鹊，成而飞之，三公输子削竹木以为鹊，成而飞之，三公输子削竹木以为鹊，成而飞之，三公输子削竹木以为鹊，成而飞之，三日不下。日不下。日不下。日不下。”人类早期的梦想和探索人类早期的梦想和探索阿基米德（阿基米德（阿基米德（阿基米德（Archimedes,BC287Archimedes,BC287Archimedes,BC287Archimedes,BC287BC212BC212BC212BC212）古希腊哲学家、数学家、物理学家。古希腊哲学家、数学家、物理学家。
3、古希腊哲学家、数学家、物理学家。古希腊哲学家、数学家、物理学家。兼力学和物理学的伟大学者，享有兼力学和物理学的伟大学者，享有兼力学和物理学的伟大学者，享有兼力学和物理学的伟大学者，享有“力学之父力学之父力学之父力学之父”的美的美的美的美称。称。称。称。“假如给我一个支点，我就能撬起地球。”人类早期的梦想和探索人类早期的梦想和探索发现阿基米德定律发现阿基米德定律发现阿基米德定律发现阿基米德定律 （浮力原理）；（浮力原理）；（浮力原理）；（浮力原理）；浮力原理浮力原理浮力原理浮力原理曹冲（曹冲（曹冲（曹冲（196-208196-208196-208196-208）称象）称象）称象）称象人类早期的梦
4、想和探索人类早期的梦想和探索阿基米德螺旋（线）；阿基米德螺旋（线）；阿基米德螺旋（线）；阿基米德螺旋（线）；阿基米德螺旋抽水机阿基米德螺旋抽水机阿基米德螺旋抽水机阿基米德螺旋抽水机常见的阿基米德螺线常见的阿基米德螺线常见的阿基米德螺线常见的阿基米德螺线人类早期的梦想和探索人类早期的梦想和探索 列奥纳多列奥纳多列奥纳多列奥纳多 达达达达 芬奇（芬奇（芬奇（芬奇（Leonardo Leonardo Leonardo Leonardo DaDaDaDa Vinci,1452-1519 Vinci,1452-1519 Vinci,1452-1519 Vinci,1452-1519）文艺复兴的代表人物之
5、一，是世界文化史上最伟大的人物之一；文艺复兴的代表人物之一，是世界文化史上最伟大的人物之一；文艺复兴的代表人物之一，是世界文化史上最伟大的人物之一；文艺复兴的代表人物之一，是世界文化史上最伟大的人物之一；意大利著名的艺术家、科学家和工程师，航空科学研究的创始人。意大利著名的艺术家、科学家和工程师，航空科学研究的创始人。意大利著名的艺术家、科学家和工程师，航空科学研究的创始人。意大利著名的艺术家、科学家和工程师，航空科学研究的创始人。Da Vinci(1452-1519)Da Vinci(1452-1519)Da Vinci(1452-1519)Da Vinci(1452-1519)萨顿曾指出：
6、萨顿曾指出：萨顿曾指出：萨顿曾指出：“写一部有关他写一部有关他写一部有关他写一部有关他的天才作品的完整研究著作，的天才作品的完整研究著作，的天才作品的完整研究著作，的天才作品的完整研究著作，也就意味着写一部十五世纪科也就意味着写一部十五世纪科也就意味着写一部十五世纪科也就意味着写一部十五世纪科学技术的真正百科全书。学技术的真正百科全书。学技术的真正百科全书。学技术的真正百科全书。”人类早期的梦想和探索人类早期的梦想和探索 在许多学科学领域都颇有建树在许多学科学领域都颇有建树在许多学科学领域都颇有建树在许多学科学领域都颇有建树 达达达达 芬奇遗留手稿芬奇遗留手稿芬奇遗留手稿芬奇遗留手稿水利机械水
7、利机械水利机械水利机械鸟的飞翔原理鸟的飞翔原理鸟的飞翔原理鸟的飞翔原理 航空科学研究的创始人。航空科学研究的创始人。航空科学研究的创始人。航空科学研究的创始人。Martin Kemp,Leonardo lifts off:A wing designed by Leonardo Martin Kemp,Leonardo lifts off:A wing designed by Leonardo dada Vinci Vinci proves to be aerodynamic.Nature Vol.421,20 February 2003proves to be aerodynamic.Natu
8、re Vol.421,20 February 2003人类早期的梦想和探索人类早期的梦想和探索什么是流体力学？什么是流体力学？流体的宏观平衡流体的宏观平衡流体力学流体力学流体的运动规律流体的运动规律力学力学流体静力学流体静力学流体动力学流体动力学 基础知识基础知识高等数学，大学物理，理论力学高等数学，大学物理，理论力学什么是流体力学？什么是流体力学？流体力学流体力学是力学的一个独立分支，是力学的一个独立分支，主要研究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的规律。界壁间有相对运动时的相互作用和流动的规律。
9、1738 1738年伯努利出版他的专著时，首先采用了年伯努利出版他的专著时，首先采用了水水动力学动力学这个名词并作为书名；这个名词并作为书名；18801880年前后出现了年前后出现了空空气动力学气动力学这个名词；这个名词；19351935年以后，人们概括了这两年以后，人们概括了这两方面的知识，建立了统一的体系，统称为方面的知识，建立了统一的体系，统称为流体力学流体力学。研究内容研究内容：研究得最多的流体是水和空气。研究得最多的流体是水和空气。二、二、早期的流体力学早期的流体力学早期的流体力学早期的流体力学 牛顿（牛顿（牛顿（牛顿（Isaac NewtonIsaac NewtonIsaac Ne
10、wtonIsaac Newton，1642-17271642-17271642-17271642-1727）英国伟大的数学家、物理学家、英国伟大的数学家、物理学家、英国伟大的数学家、物理学家、英国伟大的数学家、物理学家、天文学家和自然哲学家。天文学家和自然哲学家。天文学家和自然哲学家。天文学家和自然哲学家。牛顿在科学上最卓越的贡献是微牛顿在科学上最卓越的贡献是微牛顿在科学上最卓越的贡献是微牛顿在科学上最卓越的贡献是微积分和经典力学的创建。积分和经典力学的创建。积分和经典力学的创建。积分和经典力学的创建。得到阻力与流体密度、物体迎流得到阻力与流体密度、物体迎流得到阻力与流体密度、物体迎流得到阻力
11、与流体密度、物体迎流截面积以及运动速度的平方成正截面积以及运动速度的平方成正截面积以及运动速度的平方成正截面积以及运动速度的平方成正比的关系。比的关系。比的关系。比的关系。提出了提出了提出了提出了“牛顿粘性定律牛顿粘性定律牛顿粘性定律牛顿粘性定律”；牛顿并没有建立起流体动力学的牛顿并没有建立起流体动力学的牛顿并没有建立起流体动力学的牛顿并没有建立起流体动力学的理论基础，他提出的许多力学模理论基础，他提出的许多力学模理论基础，他提出的许多力学模理论基础，他提出的许多力学模型和结论同实际情形还有较大的型和结论同实际情形还有较大的型和结论同实际情形还有较大的型和结论同实际情形还有较大的差距。差距。差
12、距。差距。Newton(1642-1727)Newton(1642-1727)早期的流体力学早期的流体力学 伯努利（伯努利（伯努利（伯努利（Daniel BernoulliDaniel BernoulliDaniel BernoulliDaniel Bernoulli，1700-17821700-17821700-17821700-1782）瑞士物理学家、数学家、医学家；瑞士物理学家、数学家、医学家；瑞士物理学家、数学家、医学家；瑞士物理学家、数学家、医学家；著名的伯努利家族中最杰出的一位；著名的伯努利家族中最杰出的一位；著名的伯努利家族中最杰出的一位；著名的伯努利家族中最杰出的一位；被称为被
13、称为被称为被称为“流体力学之父流体力学之父流体力学之父流体力学之父”。Bernoulli(1700-1782)Bernoulli(1700-1782)Bernoulli(1700-1782)Bernoulli(1700-1782)流体动力学流体动力学流体动力学流体动力学(HydrodynamicaHydrodynamicaHydrodynamicaHydrodynamica)(1738)(1738)(1738)(1738年出版年出版年出版年出版)伯努利发明的血压测量原理伯努利发明的血压测量原理伯努利发明的血压测量原理伯努利发明的血压测量原理伯努利血压测量方法伯努利血压测量方法伯努利血压测量方法
14、伯努利血压测量方法 优点：血压测量准确；优点：血压测量准确；优点：血压测量准确；优点：血压测量准确；缺点：给病人带来痛苦；缺点：给病人带来痛苦；缺点：给病人带来痛苦；缺点：给病人带来痛苦；这种测量血压的方法，在伯努利之这种测量血压的方法，在伯努利之这种测量血压的方法，在伯努利之这种测量血压的方法，在伯努利之后仍然应用了达后仍然应用了达后仍然应用了达后仍然应用了达170170170170年之久。年之久。年之久。年之久。早期的流体力学早期的流体力学伯努利方程伯努利方程伯努利方程伯努利方程 1738173817381738年伯努利年伯努利年伯努利年伯努利(D.Bernoulli)(D.Bernoul
15、li)(D.Bernoulli)(D.Bernoulli)提出了著名的伯努利方程提出了著名的伯努利方程提出了著名的伯努利方程提出了著名的伯努利方程.流速高处压力低，流速低处压力高流速高处压力低，流速低处压力高流速高处压力低，流速低处压力高流速高处压力低，流速低处压力高。静压静压静压静压 +动压动压动压动压 =总压总压总压总压 =常数常数常数常数(Staticpressure)(Dynamicpressure)(Totalpressure)(Constant)(Staticpressure)(Dynamicpressure)(Totalpressure)(Constant)伯努利方程的应用伯努利
16、方程的应用伯努利方程的应用伯努利方程的应用 机翼升力原理机翼升力原理机翼升力原理机翼升力原理早期的流体力学早期的流体力学 香蕉球的原理香蕉球的原理香蕉球的原理香蕉球的原理只平动只平动只平动只平动(向下向下向下向下)只旋转只旋转只旋转只旋转平动加旋转平动加旋转平动加旋转平动加旋转足球场上著名的足球场上著名的足球场上著名的足球场上著名的“贝氏弧线贝氏弧线贝氏弧线贝氏弧线”早期的流体力学早期的流体力学 为什么两艘轮船相离很近前进时容易相撞？为什么两艘轮船相离很近前进时容易相撞？为什么两艘轮船相离很近前进时容易相撞？为什么两艘轮船相离很近前进时容易相撞？一艘渡船和一艘运输船在巴哈马水域相撞一艘渡船和一
17、艘运输船在巴哈马水域相撞一艘渡船和一艘运输船在巴哈马水域相撞一艘渡船和一艘运输船在巴哈马水域相撞 两船相撞两船相撞两船相撞两船相撞的原理的原理的原理的原理早期的流体力学早期的流体力学Euler(1707-1783)Euler(1707-1783)Euler(1707-1783)Euler(1707-1783)欧拉（欧拉（欧拉（欧拉（Leonhard Euler Leonhard Euler Leonhard Euler Leonhard Euler，1707-1707-1707-1707-1783178317831783）,瑞士数学家和物理学家。瑞士数学家和物理学家。瑞士数学家和物理学家。瑞士
18、数学家和物理学家。数学：第一个使用数学：第一个使用数学：第一个使用数学：第一个使用“函数函数函数函数”，把，把，把，把微积分应用于物理学的先驱者之微积分应用于物理学的先驱者之微积分应用于物理学的先驱者之微积分应用于物理学的先驱者之一；一；一；一；理想流体基本方程理想流体基本方程理想流体基本方程理想流体基本方程欧拉方程欧拉方程欧拉方程欧拉方程（1736173617361736）；）；）；）；能被用来研究冲击波。能被用来研究冲击波。能被用来研究冲击波。能被用来研究冲击波。早期的流体力学早期的流体力学欧拉方程和拉普拉斯（欧拉方程和拉普拉斯（欧拉方程和拉普拉斯（欧拉方程和拉普拉斯（LaplaceLap
19、lace）方程至今仍空气动力方程至今仍空气动力方程至今仍空气动力方程至今仍空气动力学和水波等理论中应用。学和水波等理论中应用。学和水波等理论中应用。学和水波等理论中应用。早期的流体力学早期的流体力学 达朗贝尔（达朗贝尔（达朗贝尔（达朗贝尔（D D D DAlembertAlembertAlembertAlembert Jean Le Jean Le Jean Le Jean Le RondRondRondRond ）法国著名的物理学家、数学家法国著名的物理学家、数学家法国著名的物理学家、数学家法国著名的物理学家、数学家和天文学家；和天文学家；和天文学家；和天文学家；十八世纪为牛顿力学体系的建十
20、八世纪为牛顿力学体系的建十八世纪为牛顿力学体系的建十八世纪为牛顿力学体系的建立作出卓越贡献的科学家之一；立作出卓越贡献的科学家之一；立作出卓越贡献的科学家之一；立作出卓越贡献的科学家之一；提出了提出了提出了提出了波动方程波动方程波动方程波动方程；第一次提出了第一次提出了第一次提出了第一次提出了流体速度流体速度流体速度流体速度和和和和加速加速加速加速度分量度分量度分量度分量的概念。的概念。的概念。的概念。DAlembert(1717-DAlembert(1717-DAlembert(1717-DAlembert(1717-1783)1783)1783)1783)早期的流体力学早期的流体力学 动力
21、学动力学动力学动力学于于于于1743174317431743年出版，是达朗贝尔最伟大的物理学著作年出版，是达朗贝尔最伟大的物理学著作年出版，是达朗贝尔最伟大的物理学著作年出版，是达朗贝尔最伟大的物理学著作 动力学动力学动力学动力学中阐述了著名的中阐述了著名的中阐述了著名的中阐述了著名的达朗贝尔原理达朗贝尔原理达朗贝尔原理达朗贝尔原理：作用于一个物体的外力与动力的反作用之和等于零即作用于一个物体的外力与动力的反作用之和等于零即作用于一个物体的外力与动力的反作用之和等于零即作用于一个物体的外力与动力的反作用之和等于零即 在没有约束时在没有约束时在没有约束时在没有约束时 ，与牛顿的运动第二定律一致；
22、，与牛顿的运动第二定律一致；，与牛顿的运动第二定律一致；，与牛顿的运动第二定律一致；但这是概念上的变化，有下列重要意义：但这是概念上的变化，有下列重要意义：但这是概念上的变化，有下列重要意义：但这是概念上的变化，有下列重要意义：把动力学问题转化为静力学问题来处理；把动力学问题转化为静力学问题来处理；把动力学问题转化为静力学问题来处理；把动力学问题转化为静力学问题来处理；用于刚体的平面运动时，可利用平面静力学方法，使问用于刚体的平面运动时，可利用平面静力学方法，使问用于刚体的平面运动时，可利用平面静力学方法，使问用于刚体的平面运动时，可利用平面静力学方法，使问题简化；题简化；题简化；题简化；在有
23、约束情况下，用达朗贝尔原理式非常有利；在有约束情况下，用达朗贝尔原理式非常有利；在有约束情况下，用达朗贝尔原理式非常有利；在有约束情况下，用达朗贝尔原理式非常有利；而且为而且为而且为而且为分析力学分析力学分析力学分析力学的创立打下了基础。的创立打下了基础。的创立打下了基础。的创立打下了基础。早期的流体力学早期的流体力学研究流体的力学研究从牛顿开始，但作为研究流体的力学研究从牛顿开始，但作为一门学科一门学科流体力学，则是流体力学，则是1818世纪的欧世纪的欧拉，伯努利拉，伯努利(Bernoulli)(Bernoulli)，克莱洛和达朗贝，克莱洛和达朗贝尔打下的基础；尔打下的基础；欧拉方程和伯努利
24、方程的建立，是流体动欧拉方程和伯努利方程的建立，是流体动力学作为一个分支学科建立的标志，从此力学作为一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。动定量研究的阶段。早期的流体力学早期的流体力学三、三、十九世纪的流体力学十九世纪的流体力学十九世纪的流体力学十九世纪的流体力学Navier(1785-1836)Stokes(1819-1903)纳维（纳维（纳维（纳维（Claude Louis Claude Louis Claude Louis Claude Louis NavierNavierNavierNavier,1785-
25、1836,1785-1836,1785-1836,1785-1836）法国工程师和物理学家；法国工程师和物理学家；法国工程师和物理学家；法国工程师和物理学家；建立了流体平衡和运动的基本方程。建立了流体平衡和运动的基本方程。建立了流体平衡和运动的基本方程。建立了流体平衡和运动的基本方程。斯托克斯（斯托克斯（斯托克斯（斯托克斯（1819-19031819-19031819-19031819-1903）英国力学家、数学家；英国力学家、数学家；英国力学家、数学家；英国力学家、数学家；建立粘性流体运动的基本方程组建立粘性流体运动的基本方程组建立粘性流体运动的基本方程组建立粘性流体运动的基本方程组 ；N-
26、SN-S方程的具体形式方程的具体形式方程的具体形式方程的具体形式十九世纪的流体力学十九世纪的流体力学十九世纪的流体力学十九世纪的流体力学亥姆霍兹（亥姆霍兹（亥姆霍兹（亥姆霍兹（HermannvonHermannvonHermannvonHermannvon Helmholtz,1821-1894 Helmholtz,1821-1894 Helmholtz,1821-1894 Helmholtz,1821-1894）德国物理学家，生理学家。德国物理学家，生理学家。德国物理学家，生理学家。德国物理学家，生理学家。亥姆霍兹亥姆霍兹亥姆霍兹亥姆霍兹涡量定理涡量定理涡量定理涡量定理（1858185818
27、581858）；）；）；）；Helmholtz(1821-1894)Helmholtz(1821-1894)Helmholtz(1821-1894)Helmholtz(1821-1894)十九世纪的流体力学十九世纪的流体力学 开尔文（开尔文（开尔文（开尔文（Lord KelvinLord KelvinLord KelvinLord Kelvin ，18241824182418241907)1907)1907)1907)原名原名原名原名威廉威廉威廉威廉汤姆森汤姆森汤姆森汤姆森(William Thomson(William Thomson(William Thomson(William Thom
28、son），），），），爱尔兰的数学物理学家、工程师；爱尔兰的数学物理学家、工程师；爱尔兰的数学物理学家、工程师；爱尔兰的数学物理学家、工程师；受勋后的名为凯尔文男爵一世或领主凯受勋后的名为凯尔文男爵一世或领主凯受勋后的名为凯尔文男爵一世或领主凯受勋后的名为凯尔文男爵一世或领主凯尔文尔文尔文尔文(1st Baron Kelvin(1st Baron Kelvin(1st Baron Kelvin(1st Baron Kelvin或或或或Lord Lord Lord Lord Kelvin)Kelvin)Kelvin)Kelvin)；开尔文是热力学的主要奠基人之一，被开尔文是热力学的主要奠基人之一
29、，被开尔文是热力学的主要奠基人之一，被开尔文是热力学的主要奠基人之一，被称为热力学之父。于称为热力学之父。于称为热力学之父。于称为热力学之父。于1848184818481848年创立了热力年创立了热力年创立了热力年创立了热力学温标。学温标。学温标。学温标。Kelvin(1824-1907)Kelvin(1824-1907)Kelvin(1824-1907)Kelvin(1824-1907)十九世纪的流体力学十九世纪的流体力学被称之为被称之为被称之为被称之为“开尔文开尔文开尔文开尔文-赫姆霍兹波浪赫姆霍兹波浪赫姆霍兹波浪赫姆霍兹波浪”的的的的疯狂的云朵疯狂的云朵疯狂的云朵疯狂的云朵 186918
30、6918691869年发现年发现年发现年发现 KelvinKelvinKelvinKelvin环量定理（开尔文环量定理（开尔文环量定理（开尔文环量定理（开尔文-赫姆霍兹定理）赫姆霍兹定理）赫姆霍兹定理）赫姆霍兹定理）被用来解释很多重要的流体现象。被用来解释很多重要的流体现象。被用来解释很多重要的流体现象。被用来解释很多重要的流体现象。开尔文开尔文开尔文开尔文-赫姆霍兹不稳定性赫姆霍兹不稳定性赫姆霍兹不稳定性赫姆霍兹不稳定性十九世纪的流体力学十九世纪的流体力学雷诺（雷诺（雷诺（雷诺（O.ReynoldsO.ReynoldsO.ReynoldsO.Reynolds，1842-19121842-19
31、121842-19121842-1912）；）；）；）；英国力学家、物理学家和工程师；英国力学家、物理学家和工程师；英国力学家、物理学家和工程师；英国力学家、物理学家和工程师；1883188318831883年用实验证实了粘性流体的两种流动状态年用实验证实了粘性流体的两种流动状态年用实验证实了粘性流体的两种流动状态年用实验证实了粘性流体的两种流动状态层层层层流和紊流。流和紊流。流和紊流。流和紊流。Reynolds(1842-1912)Reynolds(1842-1912)Reynolds(1842-1912)Reynolds(1842-1912)雷诺的实验装置雷诺的实验装置雷诺的实验装置雷诺的
32、实验装置十九世纪的流体力学十九世纪的流体力学 湍流湍流湍流湍流（Re4000Re4000）层流层流层流层流（ReRe20002000）过渡流过渡流过渡流过渡流（Re=20004000Re=20004000）十九世纪的流体力学十九世纪的流体力学 找到了实验研究粘性流体流找到了实验研究粘性流体流找到了实验研究粘性流体流找到了实验研究粘性流体流动规律的相似准则数动规律的相似准则数动规律的相似准则数动规律的相似准则数雷雷雷雷诺数：诺数：诺数：诺数：提出了雷诺平均提出了雷诺平均提出了雷诺平均提出了雷诺平均N-SN-SN-SN-S方程，至方程，至方程，至方程，至今还是湍流计算中的主要数今还是湍流计算中的主
33、要数今还是湍流计算中的主要数今还是湍流计算中的主要数学模型。学模型。学模型。学模型。烟缕由层流转变为湍流烟缕由层流转变为湍流烟缕由层流转变为湍流烟缕由层流转变为湍流 核爆蘑菇云核爆蘑菇云核爆蘑菇云核爆蘑菇云火山爆发火山爆发火山爆发火山爆发四、四、二十世纪的流体力学二十世纪的流体力学二十世纪的流体力学二十世纪的流体力学1.1.1.1.德国哥廷根学派的创立德国哥廷根学派的创立德国哥廷根学派的创立德国哥廷根学派的创立普朗特（普朗特（普朗特（普朗特（Ludwig Ludwig Ludwig Ludwig PrandtlPrandtlPrandtlPrandtl，18751875187518751953
34、195319531953），德国物理学家，），德国物理学家，），德国物理学家，），德国物理学家，哥廷根大学教授，近代力学奠哥廷根大学教授，近代力学奠哥廷根大学教授，近代力学奠哥廷根大学教授，近代力学奠基人之一；基人之一；基人之一；基人之一；将将将将19191919世纪末期的水力学和水动世纪末期的水力学和水动世纪末期的水力学和水动世纪末期的水力学和水动力学研究统一起来，被称为力学研究统一起来，被称为力学研究统一起来，被称为力学研究统一起来，被称为“现代流体力学之父现代流体力学之父现代流体力学之父现代流体力学之父”。L.Prandtl(1875L.Prandtl(1875L.Prandtl(187
35、5L.Prandtl(18751953)1953)1953)1953)二十世纪的流体力学二十世纪的流体力学1904190419041904年，普朗特完成他最著名的一篇论文年，普朗特完成他最著名的一篇论文年，普朗特完成他最著名的一篇论文年，普朗特完成他最著名的一篇论文非常非常非常非常小摩擦下的流体流动小摩擦下的流体流动小摩擦下的流体流动小摩擦下的流体流动。在这篇论文中，普朗特首次。在这篇论文中，普朗特首次。在这篇论文中，普朗特首次。在这篇论文中，普朗特首次描述了边界层及其在减阻和流线型设计中的应用，描描述了边界层及其在减阻和流线型设计中的应用，描描述了边界层及其在减阻和流线型设计中的应用，描描述
36、了边界层及其在减阻和流线型设计中的应用，描述了边界层分离，并提出失速概念。述了边界层分离，并提出失速概念。述了边界层分离，并提出失速概念。述了边界层分离，并提出失速概念。由此，创造了由此，创造了由此，创造了由此，创造了边界层理论。边界层理论。边界层理论。边界层理论。流体边界层流体边界层流体边界层流体边界层 二十世纪的流体力学二十世纪的流体力学失速失速失速失速飞机的升力系数随飞机迎角的增加而增大。当迎角增飞机的升力系数随飞机迎角的增加而增大。当迎角增飞机的升力系数随飞机迎角的增加而增大。当迎角增飞机的升力系数随飞机迎角的增加而增大。当迎角增加到某一数值后，升力系数不升反降，导致飞机升力加到某一数
37、值后，升力系数不升反降，导致飞机升力加到某一数值后，升力系数不升反降，导致飞机升力加到某一数值后，升力系数不升反降，导致飞机升力迅速小于飞机重力，飞机便很快下坠，这种现象称为迅速小于飞机重力，飞机便很快下坠，这种现象称为迅速小于飞机重力，飞机便很快下坠，这种现象称为迅速小于飞机重力，飞机便很快下坠，这种现象称为失速。失速。失速。失速。当失速时，飞机会产生失控的俯冲颠簸运动，发动机当失速时，飞机会产生失控的俯冲颠簸运动，发动机当失速时，飞机会产生失控的俯冲颠簸运动，发动机当失速时，飞机会产生失控的俯冲颠簸运动，发动机发生振动，驾驶员感到操纵异常。发生振动，驾驶员感到操纵异常。发生振动，驾驶员感到
38、操纵异常。发生振动，驾驶员感到操纵异常。二十世纪的流体力学二十世纪的流体力学避免边界层分离以及失速的方法避免边界层分离以及失速的方法避免边界层分离以及失速的方法避免边界层分离以及失速的方法超临界翼型；超临界翼型；超临界翼型；超临界翼型；超临界翼型验证试飞中的超临界翼型验证试飞中的TFTF8A8A 高尔夫球，表面光滑还是粗糙？高尔夫球，表面光滑还是粗糙？高尔夫球，表面光滑还是粗糙？高尔夫球，表面光滑还是粗糙？高高尔尔夫夫球球表表面面有有很很多多窝窝坑在同样大小和重量下，飞坑在同样大小和重量下，飞行距离为光滑球的行距离为光滑球的5 5倍倍 二十世纪的流体力学二十世纪的流体力学研究了带弯度翼型的气动
39、问题，并提出简化的薄翼研究了带弯度翼型的气动问题，并提出简化的薄翼研究了带弯度翼型的气动问题，并提出简化的薄翼研究了带弯度翼型的气动问题，并提出简化的薄翼理论；理论；理论；理论；可压缩性问题：普朗特葛劳渥修正公式可压缩性问题：普朗特葛劳渥修正公式可压缩性问题：普朗特葛劳渥修正公式可压缩性问题：普朗特葛劳渥修正公式 ；二十世纪的流体力学二十世纪的流体力学培养了很多著名科学家，其中包括冯培养了很多著名科学家，其中包括冯培养了很多著名科学家，其中包括冯培养了很多著名科学家，其中包括冯.卡门（卡门（卡门（卡门（von von von von K K K K rmrmrmrm n n n n ）、）、）
40、、）、梅耶（梅耶（梅耶（梅耶（Theodor Meyer Theodor Meyer Theodor Meyer Theodor Meyer）、贝茨（）、贝茨（）、贝茨（）、贝茨（A.BetzA.BetzA.BetzA.Betz）、贝克尔（）、贝克尔（）、贝克尔（）、贝克尔（E.E.E.E.BeckerBeckerBeckerBecker）、施利希廷（）、施利希廷（）、施利希廷（）、施利希廷（H.H.H.H.SchlichtingSchlichtingSchlichtingSchlichting）、阿道夫）、阿道夫）、阿道夫）、阿道夫.布斯曼布斯曼布斯曼布斯曼（A.BusemannA.Buse
41、mannA.BusemannA.Busemann）等著名流体力学家，影响深远的流体力学哥）等著名流体力学家，影响深远的流体力学哥）等著名流体力学家，影响深远的流体力学哥）等著名流体力学家，影响深远的流体力学哥廷根学派。廷根学派。廷根学派。廷根学派。二十世纪的流体力学二十世纪的流体力学我国流体力学研究做出奠基工作的陆士嘉教授也曾是我国流体力学研究做出奠基工作的陆士嘉教授也曾是我国流体力学研究做出奠基工作的陆士嘉教授也曾是我国流体力学研究做出奠基工作的陆士嘉教授也曾是普朗特的学生。普朗特的学生。普朗特的学生。普朗特的学生。陆士嘉教授陆士嘉教授陆士嘉教授陆士嘉教授（1 1 1 1911-198691
42、1-1986911-1986911-1986）北京航空学院北京航空学院北京航空学院北京航空学院的筹建者之一；的筹建者之一；的筹建者之一；的筹建者之一；中国第一个中国第一个中国第一个中国第一个空气动力学空气动力学空气动力学空气动力学专业奠基者。专业奠基者。专业奠基者。专业奠基者。陆士嘉陆士嘉陆士嘉陆士嘉（1 1 1 1911-1986911-1986911-1986911-1986）二十世纪的流体力学二十世纪的流体力学 20202020世纪上半叶的哥廷根大学世纪上半叶的哥廷根大学世纪上半叶的哥廷根大学世纪上半叶的哥廷根大学物理学领域的物理学领域的物理学领域的物理学领域的“麦加麦加麦加麦加”在在在
43、在20202020世纪上半叶创造了世纪上半叶创造了世纪上半叶创造了世纪上半叶创造了“哥廷根诺贝尔奇迹哥廷根诺贝尔奇迹哥廷根诺贝尔奇迹哥廷根诺贝尔奇迹”；45454545位诺贝尔奖得主曾在哥廷根大学学习、任教或研究；位诺贝尔奖得主曾在哥廷根大学学习、任教或研究；位诺贝尔奖得主曾在哥廷根大学学习、任教或研究；位诺贝尔奖得主曾在哥廷根大学学习、任教或研究；著名校友还包括：著名校友还包括：著名校友还包括：著名校友还包括：德意志帝国的宰相奥托德意志帝国的宰相奥托德意志帝国的宰相奥托德意志帝国的宰相奥托冯冯冯冯俾斯麦；俾斯麦；俾斯麦；俾斯麦；联邦德国前总统里夏德联邦德国前总统里夏德联邦德国前总统里夏德联邦
44、德国前总统里夏德冯冯冯冯魏茨泽克；魏茨泽克；魏茨泽克；魏茨泽克；前总理格哈特前总理格哈特前总理格哈特前总理格哈特施罗德；施罗德；施罗德；施罗德；德国大诗人海涅；德国大诗人海涅；德国大诗人海涅；德国大诗人海涅；童话作家格林兄弟；童话作家格林兄弟；童话作家格林兄弟；童话作家格林兄弟；第一批原子弹制造者罗伯特第一批原子弹制造者罗伯特第一批原子弹制造者罗伯特第一批原子弹制造者罗伯特奥本海默；奥本海默；奥本海默；奥本海默；金融家约翰金融家约翰金融家约翰金融家约翰皮尔蒙特皮尔蒙特皮尔蒙特皮尔蒙特摩根；摩根；摩根；摩根；哲学家亚瑟哲学家亚瑟哲学家亚瑟哲学家亚瑟叔本华，也曾求学于哥廷根；叔本华，也曾求学于哥廷
45、根；叔本华，也曾求学于哥廷根；叔本华，也曾求学于哥廷根；哥廷根大学哥廷根大学哥廷根大学哥廷根大学二十世纪的流体力学二十世纪的流体力学2.2.2.2.美国的崛起美国的崛起美国的崛起美国的崛起冯冯冯冯卡门（卡门（卡门（卡门（T.vonT.vonT.vonT.von K K K K rmrmrmrm n n n n，1881-19631881-19631881-19631881-1963），匈牙利犹太人。），匈牙利犹太人。），匈牙利犹太人。），匈牙利犹太人。提出提出提出提出“卡门涡街卡门涡街卡门涡街卡门涡街”理论、建立理论、建立理论、建立理论、建立“湍流湍流湍流湍流”概念；概念；概念；概念；我国著名
46、科学家钱学森博士的导我国著名科学家钱学森博士的导我国著名科学家钱学森博士的导我国著名科学家钱学森博士的导师；师；师；师；“全世界闻名的工程力学和航空全世界闻名的工程力学和航空全世界闻名的工程力学和航空全世界闻名的工程力学和航空技术权威技术权威技术权威技术权威”；美国国家科学勋章的首位获得者美国国家科学勋章的首位获得者美国国家科学勋章的首位获得者美国国家科学勋章的首位获得者。T.vonT.vonT.vonT.von K K K K rmrmrmrm n n n n(1881-1963)(1881-1963)(1881-1963)(1881-1963)二十世纪的流体力学二十世纪的流体力学发现著名的
47、卡门涡街（发现著名的卡门涡街（发现著名的卡门涡街（发现著名的卡门涡街（von von KrmnKrmn vortex street vortex street）1997199719971997年匈牙利发行一张冯年匈牙利发行一张冯年匈牙利发行一张冯年匈牙利发行一张冯卡门卡门卡门卡门以卡门涡街为背景的纪念邮票以卡门涡街为背景的纪念邮票以卡门涡街为背景的纪念邮票以卡门涡街为背景的纪念邮票 由计算机生成的图片展示出的冯由计算机生成的图片展示出的冯由计算机生成的图片展示出的冯由计算机生成的图片展示出的冯卡门涡街卡门涡街卡门涡街卡门涡街（美国物理学会（美国物理学会（美国物理学会（美国物理学会2009200
48、920092009流体运动最佳图片之一流体运动最佳图片之一流体运动最佳图片之一流体运动最佳图片之一 ）二十世纪的流体力学二十世纪的流体力学卡门涡街卡门涡街卡门涡街卡门涡街由计算机模拟出的冯由计算机模拟出的冯由计算机模拟出的冯由计算机模拟出的冯卡门涡街现象卡门涡街现象卡门涡街现象卡门涡街现象二十世纪的流体力学二十世纪的流体力学卡门涡街卡门涡街卡门涡街卡门涡街其他形状物体绕流引起的冯其他形状物体绕流引起的冯其他形状物体绕流引起的冯其他形状物体绕流引起的冯卡门涡街现象卡门涡街现象卡门涡街现象卡门涡街现象二十世纪的流体力学二十世纪的流体力学“卡门涡街卡门涡街卡门涡街卡门涡街”引起的危害引起的危害引起的
49、危害引起的危害塔科玛塔科玛塔科玛塔科玛（TakomaTakomaTakomaTakoma）桥风毁事故过程桥风毁事故过程桥风毁事故过程桥风毁事故过程 二十世纪的流体力学二十世纪的流体力学智利塞尔扣克岛冯智利塞尔扣克岛冯智利塞尔扣克岛冯智利塞尔扣克岛冯卡门涡街卡门涡街卡门涡街卡门涡街众多漩涡形成一个众多漩涡形成一个众多漩涡形成一个众多漩涡形成一个“串串串串”由美国宇航局由美国宇航局由美国宇航局由美国宇航局“水水水水”卫星拍摄到卫星拍摄到卫星拍摄到卫星拍摄到的的的的扬马延岛附近的扬马延岛附近的扬马延岛附近的扬马延岛附近的“卡门涡街卡门涡街卡门涡街卡门涡街”现象现象现象现象 “陆地陆地陆地陆地7 7
50、7 7”号卫星拍到的瓜德罗普号卫星拍到的瓜德罗普号卫星拍到的瓜德罗普号卫星拍到的瓜德罗普岛上空的涡街岛上空的涡街岛上空的涡街岛上空的涡街二十世纪的流体力学二十世纪的流体力学1946194619461946年，冯年，冯年，冯年，冯 卡门提出卡门提出卡门提出卡门提出跨声速相似律跨声速相似律跨声速相似律跨声速相似律；可压缩空气动力学可压缩空气动力学可压缩空气动力学可压缩空气动力学理论体系理论体系理论体系理论体系跨声速相似律跨声速相似律跨声速相似律跨声速相似律 （冯冯冯冯卡门卡门卡门卡门）亚声速相似律（普朗特）亚声速相似律（普朗特）亚声速相似律（普朗特）亚声速相似律（普朗特）高超声速相似律高超声速相似