Существует два основных подхода к представлению введения материалов гидромеханики. Первый подход вводит кинематические уравнения жидкости, а затем основные уравнения управления, за которыми следуют уравнения стабильности, турбулентности, пограничного слоя и внутреннего и внешнего потока.
Второй подход связан с интегральным анализом, за которым следует дифференциальный анализ, и продолжается с эмпирическим анализом. Эти два подхода ставят дилемму перед теми, кто пишет вводную книгу по механике жидкостей.
Эти два подхода имеют свои оправдания и положительные моменты. Изучение многих книг по механике жидкостей показало, что очевидного победителя нет.
В этой статьи предпринята попытка найти гибридный подход, в котором кинематика представлена сначала (помимо стандартных начальных четырех глав), затем следует Интегральный анализ и далее Дифференциальный анализ.
Идеальный поток (поток без трения) должен быть увеличен по сравнению с обычной обработкой. Эта книга уникальна тем, что содержит главу о многофазном потоке. Естественно, представлены главы, посвященные расходу в открытом русле (как подклассу многофазного потока) и сжимаемому потоку (с учетом последних разработок).
Краткая история
Необходимость иметь некоторое представление о механике жидкостей возникла с необходимостью получения доступа к водоснабжению. Например, люди поняли, что нужно вырыть колодцы и построить насосные станции для перекачки сырой нефти.
Позже большая часть населения создала потребность в решении проблемы отходов (сточных вод), и было достигнуто некоторое базовое понимание. В какой-то момент люди поняли, что воду можно использовать для перемещения вещей и обеспечения электроэнергией.
Когда города увеличились до больших размеров, были построены акведуки. Эти акведуки достигли своих самых больших размеров и величия в Риме и Китае.
Тем не менее, почти все познания древних можно обобщить как применение инстинктов, за исключением архимеда (250 г. до н.э.) на принципах плавучести.
Например, большие туннели, построенные для большего водоснабжения и т.д. Расчетов не проводилось даже при большой потребности в водоснабжении и транспортировке. Первый прогресс в механике жидкостей был достигнут Леонардо да Винчи (1452-1519 гг.), который построил первый камерный шлюз недалеко от Милана. Он также предпринял несколько попыток изучения полета (птиц) и разработал некоторые представления о происхождении войск.
После его первой работы, знания в области гидравлики жидкостей (гидравлики) все больше набирали скорость благодаря вкладу Галилея, Торричелли, Эйлера, Ньютона, семьи Бернулли и Д'Алемберта. На том этапе теория и эксперименты имели некоторое расхождение. Этот факт был признан Д'Алембертом, который заявил, что "Теория жидкостей обязательно должна быть основана на эксперименте".
Например, понятие идеальной жидкости, которая приводит к движению без сопротивления, вступает в конфликт с реальностью. Это расхождение между теорией и практикой называется "парадоксом Д'Алемберта" и служит для демонстрации ограниченности одной только теории в решении текучих проблем.
Как и в термодинамике, были созданы две различные школы мысли: первая верила, что решение будет исходить только из теоретического аспекта, а вторая верила, что решение - это чисто практический (экспериментальный) аспект механики жидкости.
В теоретическом плане значительный вклад внесли Эйлер, Ла-Гранж, Гельмхойц, Кирхгофф, Рэйли, Рэнкин и Кельвин. На "экспериментальной" стороне, в основном в области труб и открытых каналов, находились Брамс, Боссут, Чезе, Дубуат, Фабр, Кулон, Дюпюит, Обиссон, Хаген и Пуассюй.
В середине девятнадцатого века сначала Навир на молекулярном уровне, а затем Стоукс с непрерывной точки зрения сумел создать управляющие уравнения для реального движения жидкости.
Таким образом, создавая соответствие между двумя школами мыслей: экспериментальной и теоретической. Но, как и в термодинамике, люди не могут отказаться от контроля. Как результат, он создал сегодня "странные" имена: Гидродинамика, гидротехника, газодинамика, аэронавтика.