发布网友 发布时间:2024-10-24 11:35
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热心网友 时间:2024-10-27 23:12
20世纪40年代,随着喷气推进和火箭技术的兴起,飞行器速度超越声速,开启了航天飞行的新纪元,极大地推动了气体高速流动的研究。这导致了一系列分支学科的诞生,如气体动力学和物理-化学流体动力学等,它们以流体力学的理论为基础,研究诸如炸药或天然气中爆轰波的理论,进而拓展了爆炸波理论,用于研究核武器和炸药爆炸后在空气或水中的激波传播。
随后,流体力学进一步发展出高超声速空气动力学、超音速空气动力学、稀薄空气动力学、电磁流体力学、计算流体力学以及两相流(如气液或气固)等多个分支。这些进步离不开数学分析方法的创新和精密实验设备的引入。50年代,电子计算机的革新使得复杂的分析问题可以通过数值计算来解决,催生了计算流体力学这一新兴领域。
液体动力学在民用和军用生产需求的驱动下也取得了显著进展。进入20世纪60年代,计算弹性力学的有限元法在结构力学和固体力学中崭露头角,并逐步应用于流体力学,特别是在处理低速流和复杂边界形状问题时展现出优越性。近年来,有限元方法甚至开始应用于高速流的研究,与差分方法相互融合,进一步丰富了流体力学的计算手段。
同时,20世纪60年代以后,流体力学与物理学、化学、磁学等领域相互渗透,产生了新的交叉学科,如物理-化学流体动力学和磁流体力学。原先仅能定性描述的问题,现在能够得到更精确的定量研究,生物流变学就是一个典型例子,展示了流体力学跨学科研究的深度和广度。
流体是液体和气体的总称,是由大量的、不断地作热运动而且无固定平衡位置的分子构成的,它的基本特征是没有一定的形状和具有流动性。流体都有一定的可压缩性,液体可压缩性很小,而气体的可压缩性较大,在流体的形状改变时,流体各层之间也存在一定的运动阻力(即粘滞性)。当流体的粘滞性和可压缩性很小时,可近似看作是理想流体,它是人们为研究流体的运动和状态而引入的一个理想模型。