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湍流发现史的一点启示

已有 5983 次阅读 2010-4-18 22:12 |个人分类:科研与教学|系统分类:科研笔记| 湍流

众所周知,1880年代Osborne Reynolds发现和提出管道流体从层流到湍流的转捩现象。湍流的发现是流体力学最伟大的发现,因为它带来一系列到现在还没有彻底解决的问题,而对这些问题的研究将大大拓展流体力学的理论和应用。
实际上,在Reynolods研究管道流体之前的40多年,德国的液压工程师Gotthif Hgaen在1839年就在研究流体在管道中的压力损失规律时候,就已经偶然的观测到了流体从层流到湍流的转捩过程及其对压力损失产生的影响。他发现流体速度超过一定值后,压力损失不再符合Q/R4的规律(现在我们称这个规律为Hagen-Poiseuille定律)。当时Hgaen采用的措施是将实验条件限制在出现异常现象的速度之下,而没有去研究为什么超过常规速度后,流体管道压力损失会远远大于常规条件下的压力损失。这样,Hgaen得到了在工程上广泛应用的Hagen-Poiseuille定律,但遗憾的错过了湍流转捩的伟大发现。
Reynolds跟Hgaen不同在于,他实际上是个理论物理学家。他当时研究的重点是“物质的尺度特性”,他做管道流体特性随尺度变化的实验是为了验证他的理论思想,因此湍流和Reynolds数的发现可以说是顺其自然,水到渠成的。

Osborne Reynolds生于1842年,1867年毕业于剑桥大学女王学院。Reynolds不同于当时一般的工程教授的是他有很强的数学背景,而且十分关注基础物理的最新进展。终其一生,Reynolds对实际工程问题和哲学都保持着极大兴趣。

文章资料来源

Olivier Darrigol Worlds of Flow A History of Hydrodynamics from the Bernoullis to Prandtl Oxford University Press.



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