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流体力学的普朗特学派

已有 8019 次阅读 2013-6-23 11:49 |个人分类:科研与教学|系统分类:科研笔记| 流体力学

流体力学的普朗特学派

 

普朗特尔生于慕尼黑附近的弗赖辛,1894年进入慕尼黑工业大学攻读机械工程,后在弗普尔教授指导下攻读弹性力学,于1900年得博士学位。1901年在一机械厂工作中,因改进用管道抽吸废屑的装置发现了气流分离问题;后来在汉诺威大学任教授时,用自制水槽观察曲面流动现象,三年后提出边界层理论。他在1904年海德堡国际数学大会上宣读关于边界层的论文(全名是《论粘性很小的流体的运动》),受到格丁根大学数学教授菲利克斯·克莱因的赏识,克莱因推荐他担任格丁根大学应用力学系主任,后又支持他建立并主持空气动力实验所和威廉皇家流体力学研究所。在近半个世纪中,普朗特注意理论与实际的联系,在力学方面取得许多开创性成果。

19世纪,工程师们为了解决许多工程问题,尤其是要解决带有粘性影响的问题。于是他们部分地运用流体力学,部分地采用归纳实验结果的半经验公式进行研究,这就形成了水力学,至今它仍与流体力学并行地发展。1822年,纳维建立了粘性流体的基本运动方程;1845年,斯托克斯又以更合理的基础导出了这个方程,并将其所涉及的宏观力学基本概念论证得令人信服。这组方程就是沿用至今的纳维-斯托克斯方程(简称N-S方程),它是流体动力学的理论基础。欧拉方程正是N-S方程在粘度为零时的特例。

普朗特学派1904年到1921年逐步将N-S方程作了简化,从推理、数学论证和实验测量等各个角度,建立了边界层理论,能实际计算简单情形下,边界层内流动状态和流体同固体间的粘性力。同时普朗克又提出了许多新概念,并广泛地应用到飞机和汽轮机的设计中去。这一理论既明确了理想流体的适用范围,又能计算物体运动时遇到的摩擦阻力。使上述两种情况得到了统一。

普朗特培养了许多国际知名的力学家,除近代力学另一奠基人冯·卡门外,还有阿克雷特、AL.纳戴、W.普拉格等。铁木辛柯和邓哈托也曾跟他作过研究工作。著名力学家刘先志也从师从普朗特。关门弟子陆士嘉是普朗特唯一的一位女学生。

普朗特学派是学术史上经典的工程理论与工程实际相结合的范例,其代表人物是普郎特、冯.卡门以及中国人非常熟悉的钱学森等。

 



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