关于流体力学讨论.doc

【转】关于流体力学的讨论（发表于 2011-1-10 20:49 ） 关于流体力学的讨论 这是我发表在别的地方的帖子，希望能够吸引一些有志青年做一些有深度的问题（不必做我下面说到的问题），能够做出一些可以称为“中国学派”的工作。 论坛里面有好多讨论，可是缺乏深度。不过我希望这些讨论是抛砖引玉，能够引起一些人的思考，并且他们他将来能够选择做一些深刻的问题，真正推动流体力学的发展。站在科学的角度来看，研究流体力学的人不会太多，也不需要太多。推动科学发展的人总是少数，更多的人是在应用角度，做各种各样的问题，当然这对社会发展的推动也很重要。 做流体力学的科学问题，需要的不是天天看文献，需要的是洞悉流动本质，静心梳理整个流体力学基础，站在更高的高度审视问题，最后用一些恰当的数学工具进行描述刻画。这里所说的深刻问题，基本上就是和流体力学基石基础相关的问题，每做一个问题就能够导致教科书上要写一章的问题。 从流体力学应用而言，最重要的是湍流。但是我们认为湍流的解决可不是在对湍流的研究上，而是可能在更高层次问题的处理上。 目前需要考虑的是NS方程的完备性，虽然NS方程解的存在连续唯一性等问题尚未得到系统的理论证明，但是从我们目前的研究中可以看到NS方程具有某些显然（也许不太显然）的缺点。最显然的缺点就是NS方程不好解。 另外一个人们摸索了很多年的问题就是涡动力学问题，此问题主要是中国科学技术大学/北航两家的人在做（这两家都是Prandtl学派而来，科大受钱学森郭永怀影响，北航受陆士嘉的影响）。涡动力学有个根本性困难，就是没有涡动力学方程，需要有志气的人做出此问题。 简化到无粘情形，我们知道有了基本解就可以处理很多问题。对于二维问题，我们可以用势流理论处理几乎所有的无旋问题。但是很遗憾，一有涡就麻烦了。虽然我们有三维的基本解，但是却没有有效办法处理三维无粘流动（没有形式简单而又在普遍意义成立下的流函数）。 在将来，我们是否可以重新建立一套流体力学的描述，使得我们求解方程可以更简单？LinCC（林家翘）曾经做过一些奠基性的工作（虽然几十年过去了，从来没有啥应用）。 就我个人看法，钱学森算不上个大科学家，从流体力学而言，他更重要的贡献是工程技术上的，科学上的贡献有，但是更为次要。华人中，林家翘是更伟大的流体力学家，当然在应用工程中，他没有办法和钱学森比。所以在科学上超越钱学森应该比超越林家翘要容易的多。 中国只有两本涡运动理论的书，作者仅仅来自科大和北航，只有这些人才在涡的理论上进行着系统地努力。科大版流体力学引用了Kucheman的名言“旋涡是流体运动的肌腱”。 在中国，如果要进行科学研究而读中文的流体力学，我建议读科大版的流体力学，翻译的国外名著。我期望100人中有那么一两位能够做出来推动流体力学某个分支发展（也就是某种意义上的建门立派）的工作，当然能够作出开天劈地的工作就最好。这样的人，这样的工作需要安静，可能10多年都没有成果。所以需要你们平时还是一个凡人，做着拿基金项目养家糊口的工作，只是内心中有着美好而长远的目标。 流体力学学习，需要培养和训练好的物理直觉，数学工具当然重要，不过还是第二位的。 回答“通流”，所谓“我们”是我和一位好友（他毕业于北航）的探讨，虽然我们都不在流体力学研究领域，在其相关应用领域工作。表面上我们在做应用，不过基本上我们内心的工作基本上是针对流体力学基础而言，基本上一旦作出什么事情就是对流体力学的一个贡献。我们仅仅希望少数绝顶聪明的人能够走到这些问题中（科学不是工程，不是靠人多力量大打群架），作出可以称为中国学派的工作。 “通流”有个帖子让人很不爽：怎么科大就用Fluent教流体力学？作为老师，你应该先调查一下，科大是不是仅仅用Fluent教流体力学。作为流体力学老师，你应该知道，科大在中国流体力学教学和研究中起了极为关键的作用。自己编写的著名教材包括《气体动力学》（童秉纲等）、《流体力学》（庄礼贤等）、《涡运动理论》（童秉纲等），翻译的著名教材包括朗道《流体力学》（庄礼贤等）、史利希廷《边界层理论》（徐立功等），普朗特《流体力学基础》（郭永怀等）。上述流体力学教材对中国的流体力学教育应该是起了相当重要的作用。 第一个基本问题是千禧问题-NS 方程解的适定性。 从目前我们看到的和我们所掌握的知识来看，我及另外一位朋友对这个问题不抱乐观态度：存在性应该没有问题，但是唯一性可能就有问题了。事实上，在前些年的应用数学和力学期刊上就给出了一个广义NS方程解不唯一的例子。OK，关于解的证明可以继续留给数学家，但是如果解不唯一，就需要我们（流体力学工作者）干事情了：该怎么样能够消除不确定？别以为这些问题很遥远，解不唯一的情况在流体力学中就有例子。在