工程流体力学是一门既古老又新兴、有着很强的生命力、应用和发展前途极为广泛的科学。工程流体力学作为经典力学的一个重要分支,其发展与数学、力学的发展密不可分。它同样是人类在长期与自然灾害作斗争的过程中逐步认识和掌握自然规律,并逐渐发展形成的,是人类集体智慧的结晶。它的发展可以追溯到远古的历史。当时,人们对流体的认识是从水开始的。因为人类在和大自然的接触中,与水的联系最为密切。自古以来,人类逐水草而居,水是人类赖以生存的最起码的物质条件。水既有用,也有害。人类为了生存,就必须要了解水的流动现象、水的物理性质以及它的运动规律。在这一方面,我国古代劳动人民作出了积极的贡献,在工程流体力学的发展史上占有重要地位。
人类最早对工程流体力学的认识是从治水、灌溉、航行等方面开始的。在同大自然作斗争的过程中,我国古代劳动人民积累了丰富的经验。他们兴水利,除水害,建起了许多水利工程,也发明了各种利用水能的水力机械。
4000多年前的大禹治水,说明我国古代已有大规模的治河工程。秦代,在公元前256—210年间便修建了都江堰、郑国渠和灵渠三大水利工程,特别是李冰父子带领修建的都江堰,既有利于岷江洪水的疏排,又能常年用于灌溉农田,并总结出“深淘滩,低作堰”“遇弯截角,逢正抽心”的治水原则。说明当时对明槽水流和堰流流动规律的认识已经达到相当水平。
西汉武帝(公元前156—87)时期,为引洛水灌溉农田,在黄土高原上修建了龙首渠,创造性地采用了井渠法,即用竖井沟通长十余里的穿山隧洞,有效地防止了黄土的塌方。
在古代,以水为动力的简单机械也有了长足的发展,例如用水轮提水,或通过简单的机械传动去碾米、磨面等。东汉杜诗任南阳太守时(公元37年)曾创造水排(水力鼓风机),利用水力,通过传动机械,使皮制鼓风囊连续开合,将空气送入冶金炉,较西欧约早了1100年。(www.daowen.com)
北宋(960—1126)时期,在运河上修建的真州船闸与14世纪末荷兰的同类船闸相比,约早300多年。
明朝的水利家潘季驯(1521—1595)提出了“筑堤防溢,建坝减水,以堤束水,以水攻沙”和“借清刷黄”的治黄原则,并著有《两河管见》《两河经略》和《河防一览》。
清朝雍正年间,何梦瑶在《算迪》一书中提出流量等于过水断面面积乘以断面平均流速的计算方法。
这些工程标志着我国古代经济、文化的繁荣和科学技术的进步。而欧洲最早的水利工程是古罗马水道,它是公元100年前后古罗马统治者为供应生活用水而建造的。但在我国,据最近河南出土文物表明早在2000多年前就有着大型的供水管道,比欧洲早几百年。此外,我国古代的造船、航海技术也走在世界的前列。在水力学、水文、水力机械上,我国古代也是领先的。早在秦汉时代就不断改进水磨、水车和水力鼓风设备,汉代张衡发明了水力带动的浑天仪。另外,我国早已根据铜壶滴漏的孔口泄流原理而发明了水钟。以上这些充分说明了我们的祖先对水流的性质及其规律已有了充分的认识。但由于长期的封建统治,生产力得不到发展,加上历代都重视文章,轻视科学,使得我国的科学长期停留在经验的形式上,未能形成系统的理论,工程流体力学也不例外。因此,一方面为我们民族光辉灿烂的文明史而感到自豪,另一方面也为在现代科学技术理论中中华志士很少占有一席之地而感到极为遗憾。以下将会看到,现在所要学习的工程流体力学理论,是从西欧发展起来的。
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