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概述: 路德維?!て绽侍兀↙udwig Prandtl,1875.2.4-1953.8.15)德國(guó)物理學(xué)家,近代力學(xué)奠基人之一。 1901~1904年先后任漢諾威大學(xué)和格丁根大學(xué)教授。1925年開(kāi)始擔(dān)任馬克斯·普朗克流體力學(xué)研究所所長(zhǎng)。他初學(xué)機(jī)械工程,1899年獲彈性力學(xué)博士后去工廠工作。1900年去高校任教時(shí)進(jìn)行水槽實(shí)驗(yàn),觀察到邊界層和它的分離現(xiàn)象,并求出邊界層方程及其解。1904年后被聘去格丁根大學(xué)建立應(yīng)用力學(xué)系、創(chuàng)立空氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)所和流體力學(xué)研究所,自此從事空氣動(dòng)力學(xué)的研究和教學(xué)。他在邊界層理論、風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)技術(shù)、機(jī)翼理論、紊流理論等方面都作出了重要的貢獻(xiàn),被稱作空氣動(dòng)力學(xué)之父和現(xiàn)代流體力學(xué)之父。 主要貢獻(xiàn): 19世紀(jì)末,流體力學(xué)研究有兩個(gè)互不相通的方向。一個(gè)是數(shù)學(xué)理論流體力學(xué)或水動(dòng)力學(xué),當(dāng)時(shí)已達(dá)到較高水平,但計(jì)算結(jié)果與一些實(shí)驗(yàn)很不相符。另一個(gè)是水力學(xué),它主要根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果歸納出半經(jīng)驗(yàn)公式,應(yīng)用于工程實(shí)際。普朗特的邊界層理論把理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來(lái),奠定了現(xiàn)代流體力學(xué)的基礎(chǔ)。 普朗特重視觀察和分析力學(xué)現(xiàn)象,養(yǎng)成非凡的直觀洞察能力,善于抓住物理本質(zhì),概括出數(shù)學(xué)方程。他曾說(shuō):“我只是在相信自己對(duì)物理本質(zhì)已經(jīng)有深入了解以后,才想到數(shù)學(xué)方程。方程的用處是說(shuō)出量的大小,這是直觀得不到的,同時(shí)它也證明結(jié)論是否正確?!?/p> 普朗特還對(duì)可壓縮性問(wèn)題進(jìn)行了研究,提出普朗特-葛勞渥修正公式。在二戰(zhàn)期間,當(dāng)飛機(jī)飛行速度接近聲速時(shí),這個(gè)公式發(fā)揮了重要作用。普朗特在流變學(xué)、彈性力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)方面也有諸多貢獻(xiàn)。 普朗特在固體力學(xué)方面也有不少貢獻(xiàn)。他的博士論文探討了狹長(zhǎng)矩形截面梁的側(cè)向穩(wěn)定性。1903年提出了柱體扭轉(zhuǎn)問(wèn)題的薄膜比擬法。他繼承并推廣了A.J.C.圣維南所開(kāi)創(chuàng)的塑性流動(dòng)的研究。T.von卡門在他指導(dǎo)下完成的博士論文是關(guān)于柱體塑性區(qū)的屈曲問(wèn)題。普朗特還解決了半無(wú)限體受狹條均勻壓力時(shí)的塑性流動(dòng)分析。著有《普朗特全集》、《流體力學(xué)概論》,此外還與O.G.蒂瓊合寫《應(yīng)用水動(dòng)力學(xué)和空氣動(dòng)力學(xué)》(1931)等。 1901年在機(jī)械廠工作,發(fā)現(xiàn)了氣流分離問(wèn)題。后在漢諾威大學(xué)任教授時(shí),用自制水槽觀察繞曲面的流動(dòng),3年后提出邊界層理論,建立繞物體流動(dòng)的小粘性邊界層方程,以解決計(jì)算摩擦阻力、求解分離區(qū)和熱交換等問(wèn)題。奠定了現(xiàn)代流體力學(xué)的基礎(chǔ)。 普朗特在流體力學(xué)方面的其他貢獻(xiàn)有: ①風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)技術(shù)。他認(rèn)為研究空氣動(dòng)力學(xué)必須作模型實(shí)驗(yàn)。1906年建造了德國(guó)第一個(gè)風(fēng)洞(見(jiàn)空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)),1917年又建成格丁根式風(fēng)洞。開(kāi)創(chuàng)風(fēng)洞模型實(shí)驗(yàn)技術(shù),推動(dòng)了空氣動(dòng)力學(xué)研究 ②機(jī)翼理論。在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,他于1913~1918年提出了舉力線理論和最小誘導(dǎo)阻力理論,后又提出舉力面理論等。提出升力線、升力面理論等,充實(shí)了機(jī)翼理論。相關(guān)的工作在1918-1919年間發(fā)表,此即“蘭開(kāi)斯特-普朗特機(jī)翼理論”。后來(lái)普朗特還專門研究了帶彎度翼型的氣動(dòng)問(wèn)題,并提出簡(jiǎn)化的薄翼理論。這項(xiàng)工作使人們認(rèn)識(shí)到對(duì)于有限翼展機(jī)翼,翼尖效應(yīng)對(duì)機(jī)翼整體性能的重要性。這項(xiàng)工作的主要貢獻(xiàn)在于指出翼尖渦和誘導(dǎo)阻力的本性,在這些理論的指導(dǎo)下,飛機(jī)設(shè)計(jì)師們第一次可以在飛機(jī)被制造出來(lái)之前就能了解其基本性能。 ③湍流理論。提出層流穩(wěn)定性和湍流混合長(zhǎng)度理論。此外還有亞聲速相似律和可壓縮繞角膨脹流動(dòng),后被稱為普朗特-邁耶爾流動(dòng)。 ④提出邊界層理論,研究層流穩(wěn)定性和湍流邊界層,為計(jì)算飛行器阻力、控制氣流分離和計(jì)算熱交換等奠定了基礎(chǔ)。 他在氣象學(xué)方面也有創(chuàng)造性論著。普朗特與蒂瓊合著的《應(yīng)用水動(dòng)力學(xué)和空氣動(dòng)力學(xué)》于1931年出版。他的專著《流體力學(xué)概論》于1942年出版,中文譯本在1974年出版。他的力學(xué)論文匯編為3卷本《全集》,于1961年出版。 他創(chuàng)立了邊界層理論、薄翼理論、升力線理論,研究了超聲速流動(dòng),提出普朗特-葛勞渥法則,并與他的學(xué)生梅耶(Meyer)一起研究了膨脹波現(xiàn)象(普朗特-梅耶流動(dòng)),并首次提出超聲速噴管設(shè)計(jì)方法。普朗特的開(kāi)創(chuàng)性工作,將19世紀(jì)末期的水力學(xué)和水動(dòng)力學(xué)研究統(tǒng)一起來(lái),被稱為“現(xiàn)代流體力學(xué)之父”。 |
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