1高等实验流体力学

实验流体力学发展简史
管流
泊肃叶1840 年，哈根1829 年同期一起通过管流实验发现流量和压
降梯度与管径4次方成正比，称为泊肃叶-哈根公式。
1860年哈根巴克做了端缘效应修正。 1914年斯坦顿、潘内尔测量了管内速度分布。
1860年哈根巴克用此方法确定了粘性，成为一种标准方法。
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实验流体力学发展简史
第一时期-----17世纪中以前 主要成就： （1）完整建立了流体静力学理论；
（2）提出了流体与物体运动之Hale Waihona Puke Baidu的相对性原理； （3）定性地研究了管流与某些无压流动； （4）发展了各种流体机械。 人们主要依靠仔细的观察、粗略的测量与效 益的比较等相当原始的实验方法去了解各种流动 现象。
实验流体力学的主要任务
解决工程实际问题 不断研究流体运动的新现象、新规律 研究各种流动现象的本构关系 发展新型实验仪器和测量方法
进入50年代后期，航空航天的理想 已初步实现，广大实验流体力学工作者 除了仍继续在湍流、旋涡、流动稳定性、 非定常流动等领域开展工作外，相当一 部分人随着流体力学新分支学科的出现， 已分别转入这些领域从事更深入、更专 门的研究工作。 周光垌
实验流体力学发展简史
流体机械方面：
风帆
水车
风车
鼓风机
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第二时期-----17世纪中到20世纪初
主要成就：
（1）发展了基本实验设备和仪器； （2）发现了伯努利定律、达西定律、湍流、空化； （3）研究物体运动受到的力； （4）圆管层流； （5）提出动力相似理论
开始发展实验室实验所需仪器、设备和技术；逐步开展实验研究。
参考教材：颜大椿《实验流体力学》
第一部分 实验方法概论
内
第一章 引言
容
第二章 实验模拟方法和理论
第三章 实验设备
第一章 引言
实验流体力学发展简史 实验研究的地位 实验流体力学的内容 实验流体力学的主要任务
实验流体力学发展简史
第一时期-----17世纪中以前----以现场 原型实验为主 第二时期----- 17世纪中到20世纪初---现场和实验室实验并存 第三时期-----20世纪初以后-----实验室 实验为主
实验流体力学发展简史
定理
伯努利, D（子） 1738年提出定常无粘不可压伯努利方程；伯努利,
J （父）1742年完善推广到非定常伯努利方程；欧拉1757 年推广
到可压缩流，以及沿流线的伯努利方程； 1856年达西用沙土做渗流实验，得出达西定律。 1883年雷诺在不同管径管子中做实验，发现两种流态-----层流和湍 流。 1894年桑尼克罗夫特、巴纳比在船舶螺旋桨背面发现空泡现象。
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阻力
伽里略(1264-1642) 1632年演示了运动物体在空气中受到阻力的实
验。1638年用双摆研究阻力与速度的关系。结果不合理！
惠更斯(1629-1695) 1690年用更精确的方法得到正确的结果。 牛顿(1642-1727) 1687年用摆和落球在水和空气中得到与理论一致
静压强
斯蒂文 （1586）
容器底面静压与上方流 体深度有关
托里拆利. （1608-1647）
伽利略学生，提出托里 拆利公式。发明水银压 力计
柏斯卡 （1623-1662）
发现大气压随高度增加而 减少。提出连通器原理和 柏斯卡定理。
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流体动力学方面：
管流
沈括
（1031-1095）
“漏壶”是古代的计时仪器，相当于现代的钟表。沈 括浮漏是宋代著名的科学家沈括在前人成就的基础上 创制的漏壶。随着社会生产的发展，漏壶的结构不断 改进，计时性能也随之更加科学。到了宋代其结构由 原来的单级壶，发展到二级甚至多级壶。沈括浮漏就 是一组多级壶漏系统：最上层摆设的称为求壶，是专 为下级壶供水用的水源壶；第二层摆了两只壶，高的 叫负壶、低的叫废壶，负壶的作用是保持水流的稳定， 并保证水位的指定高度，超水位的多余水则流入废壶。 最下边的是建壶，由负壶滴落的稳压水，滴入建壶， 并以容纳水量的多少，来显示时刻。
的结果。
马里奥特(1620-1684) 1686年测量水中平板的阻力；发明了测力天 平。
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仪器
1732年毕托发明测量总压的毕托管；普朗特1905年发明风速管。 1872年柯尼希发明微压计；1915年泰勒发明多管压力计。 1929年范德林格齐南发明了五孔方向仪。 1799年文丘利发现文丘利管现象；1888年赫谢尔将其用于测量流 量。
系统开展实验研究，发展实验仪器，发现新现象，提出新概念。
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贝纳德对流 边界层、分离 脱体涡 阻力 内流 设备 热线风速仪 流动显示
实验研究的地位
理论流体力学、实验流体力学、计算流
体力学是研究流体力学的三个主要手段。
它们互相支持、互相补充、相辅相成。
实验流体力学的内容
相似理论 实验设备 测试技术 数据处理
水实验
1740年罗宾斯发明悬臂机 1756年拜德尔建成10米长水池；1775年达朗伯在水池中做了大量 船舶实验；1852年雷什通过波浪实验，提出重力相似的雷什弗洛 德数； 1872年弗洛德主持建成85×14×4米水槽，开展了大量船舶实验和 波阻实验 1896年帕尔森斯建造第一座水洞。
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1899年维埃耶建造第一个激波管，用于研究矿井爆炸。
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流动显示
铝粉（戴尔 1843 ） 牛奶（海雷斯 1911 、艾尔顿 1908 ） 烟（马赫 1899 、马雷 1899） 烟风洞（利皮希、布朗 1937 ）独立 纹影法（特普勒 1864 测火花、爆炸） 阴影法（德沃夏克 1880；博伊斯 1893 测子弹） 干涉法（ 1887马赫 E (父) 1889马赫 L (子) 测得子弹超声速照片） 1959年戈达德推广烟风洞到超声速风洞
航空
1871年韦纳姆设计并建造了第一座低速风洞； 1884年菲利普斯改造了试验段，并正式做模型试验； 1889年 利连撒尔用弹簧测量空气动力； 1917年 普朗特建造第一座现代回流式风洞；
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第三时期-----20世纪初以后 主要成就：
（1）进一步发展了设备、仪器、显示技术 （2）发现了分离、湍斑、湍塞、相干结构、贝纳德对流等 （3）提出了边界层概念 （4）研究了典型物体绕流、管流和渠道流 （5）航空和航天 （6）研究转捩和湍流 （7）验证理论（NS方程、边界层等） （8）实验与计算结合
高速空气实验
1742年罗宾斯用自制弹道摆测圆球阻力（M=1.05），发现高速时
阻力比牛顿值大3倍。后来，赫顿、迪戴恩做了大量类似实验。
1785年帕金森正确指出阻力增加是由于可压缩性影响。 1865-1870巴什福恩用自制电准确记录了炮弹速度和阻力，这是第
一个做高速实验的人，他的标准弹头阻力表直用到20世纪初。
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流体静力学方面：
浮力
以舟量物 造舟为梁
墨子 （478-392 A.C）
阿基米德 （287-213 A.C）
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流体静力学方面：
相对运动
1500年首先提 出运动相对性 原理
达芬奇 （1452-1519）
郭宗昌 （1600年）
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流体静力学方面：
高等实验流体力学
教员：尹协振
学分：4
联系电话：3607645（L）
3600646（O）
3601262（H）
Email : xzyin@ustc.edu.cn
高等实验流体力学
教学实验室地址：力四楼四层 指导教师：王奎
电话：3607646
Email: shiyan@ustc.edu.cn
教材：《实验流体力学讲义》
实验流体力学发展简史
相似理论
斯托克斯 1851年从微分方程出发研究相似理论； 赫姆霍兹 1873年进一步发展理论； 瑞利 1892年和1904年用量纲分析求流动相似参数； 白金汉 1914年首次显式地叙述定理；
布里奇曼 1922年完整地叙述并证明了定理，为流体力学实验奠
定了理论基础。
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