概述: 路德維?!て绽侍兀↙udwig Prandtl,1875.2.4-1953.8.15)德國物理學(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年開始擔(dān)任馬克斯·普朗克流體力學(xué)研究所所長。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年去高校任教時進(jìn)行水槽實驗,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)立空氣動力實驗所和流體力學(xué)研究所,自此從事空氣動力學(xué)的研究和教學(xué)。他在邊界層理論、風(fēng)洞實驗技術(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)研究有兩個互不相通的方向。一個是數(shù)學(xué)理論流體力學(xué)或水動力學(xué),當(dāng)時已達(dá)到較高水平,但計算結(jié)果與一些實驗很不相符。另一個是水力學(xué),它主要根據(jù)實驗結(jié)果歸納出半經(jīng)驗公式,應(yīng)用于工程實際。普朗特的邊界層理論把理論和實驗結(jié)合起來,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:“我只是在相信自己對物理本質(zhì)已經(jīng)有深入了解以后,才想到數(shù)學(xué)方程。方程的用處是說出量的大小,這是直觀得不到的,同時它也證明結(jié)論是否正確。” 普朗特還對可壓縮性問題進(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,這個公式發(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矩形截面梁的側(cè)向穩(wěn)定性。1903年提出了柱體扭轉(zhuǎn)問題的薄膜比擬法。他繼承并推廣了A.J.C.圣維南所開創(chuàng)的塑性流動的研究。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)的屈曲問題。普朗特還解決了半無限體受狹條均勻壓力時的塑性流動分析。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)用水動力學(xué)和空氣動力學(xué)》(1931)等。 1901年在機(jī)械廠工作,發(fā)現(xiàn)了氣流分離問題。后在漢諾威大學(xué)任教授時,用自制水槽觀察繞曲面的流動,3年后提出邊界層理論,建立繞物體流動的小粘性邊界層方程,以解決計算摩擦阻力、求解分離區(qū)和熱交換等問題。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)洞實驗技術(shù)。他認(rèn)為研究空氣動力學(xué)必須作模型實驗。1906年建造了德國第一個風(fēng)洞(見空氣動力學(xué)實驗),1917年又建成格丁根式風(fēng)洞。開創(chuàng)風(fēng)洞模型實驗技術(shù),推動了空氣動力學(xué)研究 ②機(jī)翼理論。在實驗基礎(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,充實了機(jī)翼理論。相關(guān)的工作在1918-1919年間發(fā)表,此即“蘭開斯特-普朗特機(jī)翼理論”。后來普朗特還專門研究了帶彎度翼型的氣動問題,并提出簡化的薄翼理論。這項工作使人們認(rèn)識到對于有限翼展機(jī)翼,翼尖效應(yīng)對機(jī)翼整體性能的重要性。這項工作的主要貢獻(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)計師們第一次可以在飛機(jī)被制造出來之前就能了解其基本性能。 ③湍流理論。提出層流穩(wěn)定性和湍流混合長度理論。此外還有亞聲速相似律和可壓縮繞角膨脹流動,后被稱為普朗特-邁耶爾流動。 ④提出邊界層理論,研究層流穩(wěn)定性和湍流邊界層,為計算飛行器阻力、控制氣流分離和計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)用水動力學(xué)和空氣動力學(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,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),并首次提出超聲速噴管設(shè)計方法。普朗特的開創(chuàng)性工作,將19世紀(jì)末期的水力學(xué)和水動力學(xué)研究統(tǒng)一起來,被稱為“現(xiàn)代流體力學(xué)之父”。 |
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