普朗特

普朗特

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路德維希·普朗特(Ludwig Prandtl，1875.2.4-1953.8.15)德國物理學家，近代力學奠基人之一。

1901~1904年先後任漢諾威大學和格丁根大學教授。1925年開始擔任馬克斯·普朗克流體力學研究所所長。他初學機械工程，1899年獲彈性力學博士後去工廠工作。1900年去高校任教時進行水槽實驗，觀察到邊界層和它的分離現象，並求出邊界層方程及其解。1904年後被聘去格丁根大學建立應用力學系、創立空氣動力實驗所和流體力學研究所，自此從事空氣動力學的研究和教學。他在邊界層理論、風洞實驗技術、機翼理論、紊流理論等方面都作出了重要的貢獻，被稱作空氣動力學之父和現代流體力學之父。

目錄

基本信息

人物說明----德國物理學家

外文名----Ludwig Prandtl

出生地點----德國弗賴辛

出生日期----1875年2月4日

國 籍 ---- 德國

職 業 ---- 力學家

主要成就----提出邊界層理論

逝世日期----1953年8月15日

畢業院校----慕尼黑工業大學

代表作品----《非常小摩擦下的流體流動》《流體力學概論》《應用水動力學和空氣動力學》

人物生平

1875年2月4日生於弗賴辛，普朗特的母親常年患病，因此普朗特的少年時期更多的時間是與父親一起度過的。普朗特的父親是個工學教授，與父親在一起的生活經歷使普朗特養成了觀察自然、仔細體味的習慣。

1894年，普朗特進入慕尼黑技術學院(Technische Hochschule Munich，即慕尼黑工業大學)攻彈性力學。

1900年，獲得博士學位(Ph.D.)。普朗特在慕尼黑的主要工作是在固體力學範疇內，主要是設計一種工廠中使用的設備。在那裡他第一次介入流體力學領域--當時他要設計一種吸出裝置，在經過一系列試驗對比後，他設計出一種流量更高、能耗更小的裝置。

1901年，普朗特成為漢諾威技術學校(Technical School in Hannover，即漢諾威應用技術大學，Technical University Hannover)的流體力學教授。

1902-1907年間，普朗特曾經跟隨弗雷德里克.蘭開斯特(Friedricks Lanchester)，與阿爾伯特.貝茨(Albert Betz)和麥克斯.芒克(Max Munk)一道，為研究真實機翼的升力問題尋找有用的數學工具。

1904年，普朗特完成他最著名的一篇論文--《非常小摩擦下的流體流動》。在這篇論文中，普朗特首次描述了邊界層及其在減阻和流線型設計中的應用，描述了邊界層分離，並提出失速概念。後來普朗特的幾個學生曾經試圖給邊界層方程找到封閉形式的解，但都沒有成功。普朗特原始論文中的近似解於是得到廣泛應用。普朗特的論文引起數學家克萊因的關注，克萊因因此舉薦普朗特成為哥廷根大學技術物理學院主任。在隨後的幾十年中，普朗特將這所學院發展成為空氣動力學理論的推進器，在這個學科中領先世界直到二戰結束。

1908年，普朗特與他的學生西奧多.梅耶(Theodor Meyer)提出第一個關於超聲速激波流動的理論，普朗特-梅耶膨脹波理論成為超聲速風洞設計的理論基礎。此後他一直沒有時間在這個問題上繼續研究下去。

1922年，普朗特與理查德.馮.米塞斯(Richard Von Mises)一起創建GAMM-國際應用數學與力學學會，並在1922年至33年期間擔任主席。

1929年，他和阿道夫.布斯曼(Adolf Busemann)一起提出一種超聲速噴管的設計方法。直到今天，所有超聲速風洞和火箭噴管的設計仍然採用普朗特的方法。關於超聲速流動的完整理論最後由普朗特的學生西奧多.馮.卡門(Theodore Von Karman)完成。

1925年從這個學院中分離出凱撒.威爾海姆(Kaiser Wilhelm)流動研究所(即現在的Max Planck動力學與自組織研究所)。1925年以後又建立威廉皇家流體力學研究所，併兼任所長。以後改所改名為普朗特流體力學研究所。

1933年，希特勒上台後，普朗特默許了對猶太同事的開除，並為保持德國在國際科學界的地位進行了大量宣傳活動。在二戰前和二戰期間，普朗特與格林的帝國空軍部(Reich's Air Ministry)有密切的合作關係。

1953年8月15日卒於哥廷根。

個人生活

在普朗特34歲的時候他決定結婚，於是他就跑到他的老師奧古斯特.福波(August Foppl)教授那裡，請教授把女兒嫁給他，但是又不說是哪個女兒。福波教授和夫人經過緊急討論並做出聰明決定--讓大女兒嫁給普朗特。事實證明，這個決定無比正確--普朗特和夫人共同度過了幸福愉快的一生。

學術貢獻

19世紀末，流體力學研究有兩個互不相通的方向。一個是數學理論流體力學或水動力學，當時已達到較高水平，但計算結果與一些實驗很不相符。另一個是水力學，它主要根據實驗結果歸納出半經驗公式，應用於工程實際。普朗特的邊界層理論把理論和實驗結合起來，奠定了現代流體力學的基礎。

普朗特重視觀察和分析力學現象，養成非凡的直觀洞察能力，善於抓住物理本質，概括出數學方程。他曾說:"我只是在相信自己對物理本質已經有深入了解以後，才想到數學方程。方程的用處是說出量的大小，這是直觀得不到的，同時它也證明結論是否正確。"

普朗特還對可壓縮性問題進行了研究，提出普朗特-葛勞渥修正公式。在二戰期間，當飛機飛行速度接近聲速時，這個公式發揮了重要作用。普朗特在流變學、彈性力學和結構力學方面也有諸多貢獻。

普朗特在固體力學方面也有不少貢獻。他的博士論文探討了狹長矩形截面梁的側向穩定性。1903年提出了柱體扭轉問題的薄膜比擬法。他繼承並推廣了A.J.C.聖維南所開創的塑性流動的研究。T.von卡門在他指導下完成的博士論文是關於柱體塑性區的屈曲問題。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》、《流體力學概論》，此外還與O.G.蒂瓊合寫《應用水動力學和空氣動力學》(1931)等。

1901年在機械廠工作，發現了氣流分離問題。後在漢諾威大學任教授時，用自製水槽觀察繞曲面的流動，3年後提出邊界層理論，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、求解分離區和熱交換等問題。奠定了現代流體力學的基礎。

普朗特在流體力學方面的其他貢獻有:

①風洞實驗技術。他認為研究空氣動力學必須作模型實驗。1906年建造了德國第一個風洞(見空氣動力學實驗)，1917年又建成格丁根式風洞。開創風洞模型實驗技術，推動了空氣動力學研究

②機翼理論。在實驗基礎上，他於1913~1918年提出了舉力線理論和最小誘導阻力理論，後又提出舉力面理論等。提出升力線、升力面理論等，充實了機翼理論。相關的工作在1918-1919年間發表，此即"蘭開斯特-普朗特機翼理論"。後來普朗特還專門研究了帶彎度翼型的氣動問題，並提出簡化的薄翼理論。這項工作使人們認識到對於有限翼展機翼，翼尖效應對機翼整體性能的重要性。這項工作的主要貢獻在於指出翼尖渦和誘導阻力的本性，在這些理論的指導下，飛機設計師們第一次可以在飛機被製造出來之前就能了解其基本性能。

③湍流理論。提出層流穩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，後被稱為普朗特-邁耶爾流動。

④提出邊界層理論，研究層流穩定性和湍流邊界層，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。

他在氣象學方面也有創造性論著。普朗特與蒂瓊合著的《應用水動力學和空氣動力學》於1931年出版。他的專著《流體力學概論》於1942年出版，中文譯本在1974年出版。他的力學論文匯編為3卷本《全集》，於1961年出版。

他創立了邊界層理論、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，並與他的學生梅耶(Meyer)一起研究了膨脹波現象(普朗特-梅耶流動)，並首次提出超聲速噴管設計方法。普朗特的開創性工作，將19世紀末期的水力學和水動力學研究統一起來，被稱為"現代流體力學之父"。

人才培養

除了在流體力學中的研究工作，還培養了很多著名科學家，其中包括匈牙利著名流體力學家、航空和航天領域最傑出的一位元老馮-卡門(我國著名科學家錢偉長、錢學森、郭永懷的老師)是普朗特的學生，梅耶等著名流體力學家，我國著名的流體力學家、北京航空學院(現名北京航空航天大學)創建人之一陸士嘉教授也是普朗特的學生，而且是他唯一的一位女學生。