Осборн Рейнольдс

Профессор Осборн Рейнольдс ФРС
Осборн Рейнольдс в 1903 году.
Рожденный	( 1842-10-23 ) 23 октября 1842 г. Белфаст , Ирландия
Умер	21 февраля 1912 г. ( 1912-02-21 ) (69 лет) Уотчет , Сомерсет, Англия
Национальность	Соединенное Королевство Великобритании и Ирландии
Альма-матер	Куинс-колледж, Кембридж Манчестерский университет Виктории
Известный	Гидродинамика , число Рейнольдса , усредненные по Рейнольдсу уравнения Навье-Стокса , напряжения Рейнольдса
Награды	Королевская медаль (1888 г.) Медаль Далтона (1903 г.)
Научная карьера
Поля	Физика , Машиностроение

Осборн Рейнольдс FRS (23 августа 1842 - 21 февраля 1912) был ирландцем по происхождению. Британский новатор в понимании гидродинамики . Кроме того, его исследования теплопередачи между твердыми телами и жидкостями привели к улучшению конструкции котлов и конденсаторов. Всю свою карьеру он провел в здании нынешнего Манчестерского университета .

Жизнь

Осборн Рейнольдс родился в Белфасте и вскоре переехал со своими родителями в Дедхэм, Эссекс . Его отец, преподобный Осборн Рейнольдс, был членом Королевского колледжа в Кембридже, работал директором школы и священнослужителем, но также был очень способным математиком с большим интересом к механике. Отец получил ряд патентов на усовершенствования сельскохозяйственной техники, а сын считает, что в детстве он был его главным учителем. Рейнольдс рано проявил склонность и любовь к изучению механики. В позднем подростковом возрасте, за год до поступления в университет, он пошел работать подмастерьем в мастерскую Эдварда Хейса, известного судостроителя в Стоуни-Стратфорде , где получил практический опыт изготовления и оснащения прибрежных пароходов (и таким образом, они рано поняли практическую ценность понимания гидродинамики).

Осборн Рейнольдс учился в Квинс-колледже в Кембридже и окончил его в 1867 году, став седьмым специалистом по математике. Он решил изучать математику в Кембридже, потому что, по его собственным словам в своем заявлении на должность профессора в 1868 году: «С самых ранних воспоминаний я питал непреодолимую любовь к механике и физическим законам, на которых основана механика как наука... Мое внимание привлекли различные механические явления, для объяснения которых я обнаружил, что знание математики необходимо». В течение года, сразу после окончания Кембриджа, он снова занял должность в строительной фирме Lawson and Mansergh в Лондоне в качестве практикующего инженера-строителя, работающего с системой транспортировки сточных вод Лондона ( Кройдон ).

В 1868 году он был назначен на недавно созданную кафедру гражданского строительства и машиностроения в Оуэнс-колледже в Манчестере (ныне Манчестерский университет ). став в том же году одним из первых профессоров в истории университетов Великобритании, получивших звание «Профессор инженерных наук». Эта должность профессора была недавно создана и профинансирована группой промышленных промышленников в районе Манчестера, и они также сыграли ведущую роль в выборе 25-летнего Рейнольдса на эту должность. Рейнольдс оставался в Оуэнс-колледже до конца своей карьеры — в 1880 году колледж стал составным колледжем недавно основанного Университета Виктории .

Рейнольдс был избран членом Королевского общества в 1877 году и награжден Королевской медалью в 1888 году. Он вышел на пенсию в 1905 году и умер от гриппа 21 февраля 1912 года в Уотчете в Сомерсете . Он был похоронен в церкви Святого Декумана в Уотчете .

Механика жидкости

Эксперимент Рейнольдса по динамике жидкости в трубах

Наблюдения Рейнольдса за природой течения в его экспериментах

Рейнольдс наиболее известен тем, что изучал условия, при которых течение жидкости в трубах переходило от ламинарного течения к турбулентному . В 1883 году Рейнольдс продемонстрировал переход к турбулентному течению в классическом эксперименте, в котором он исследовал поведение потока воды при различных скоростях потока, используя небольшую струю окрашенной воды, введенную в центр потока в трубе большего размера.

Труба большего размера была стеклянной, поэтому можно было наблюдать за поведением слоя окрашенного потока, а на конце этой трубы находился клапан регулирования потока, используемый для изменения скорости воды внутри трубки. При низкой скорости окрашенный слой оставался отчетливым по всей длине большой трубки. При увеличении скорости слой распадался в данной точке и диффундировал по всему поперечному сечению жидкости. Точка, в которой это произошло, была точкой перехода от ламинарного течения к турбулентному.

В результате этих экспериментов было получено безразмерное число Рейнольдса для динамического подобия — отношение сил инерции к вязкости силам . Рейнольдс также предложил то, что сейчас известно как усреднение по Рейнольдсу турбулентных потоков, где такие величины, как скорость, выражаются как сумма средних и флуктуирующих составляющих. Такое усреднение позволяет «объемное» описание турбулентного потока, например, с использованием усредненных по Рейнольдсу уравнений Навье – Стокса .

Вклад Рейнольдса в механику жидкости не остался незамеченным конструкторами кораблей («морскими архитекторами»). Способность создать мелкомасштабную модель корабля и извлечь полезные прогнозные данные относительно полноразмерного корабля напрямую зависит от экспериментатора, применяющего принципы турбулентности Рейнольдса к расчетам сопротивления трения, а также от правильного применения принципов Уильяма Фруда . теории энергии и распространения гравитационных волн. У самого Рейнольдса был ряд статей, касающихся проектирования кораблей, опубликованных в «Трудах Института морских архитекторов» .

Публикации

Его публикации по гидродинамике начались в начале 1870-х годов. Его последняя теоретическая модель, опубликованная в середине 1890-х годов, до сих пор остается стандартной математической основой, используемой сегодня. Примеры заголовков из его наиболее новаторских докладов:

• «Экспериментальное исследование обстоятельств, определяющих, будет ли движение воды прямым или извилистым, и закона сопротивления в параллельных каналах» . Труды Лондонского королевского общества . 35 (224–226): 84–99. 1883. Бибкод : 1883РСПС...35...84Р . дои : 10.1098/rspl.1883.0018 .
• «О динамической теории несжимаемых вязких жидкостей и определении критерия» (PDF) . Труды Лондонского королевского общества . 56 (336–339): 40–45. 1894.
• Статьи по механическим и физическим предметам . Том. 1. Кембридж. 1900. {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
• Статьи по механическим и физическим предметам . Том. 2. Кембридж. 1901. {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
• Статьи по механическим и физическим предметам . Том. 3. Кембридж. 1903. {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
• Субмеханика Вселенной (PDF) . Кембридж. 1903. {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
• «О дилатансии сред, состоящих из соприкасающихся твердых частиц. С экспериментальными иллюстрациями» . Философский журнал . Серия 5. 20 (127): 469–481. 1885. дои : 10.1080/14786448508627791 . ISSN   1941-5982 . Зенодо : 1431173 .
• «О некоторых размерных свойствах вещества в газообразном состоянии. Часть I. Экспериментальные исследования по теплопередаче газов через пористые пластинки и по законам транспирации и импульсации, включая экспериментальное доказательство того, что газ не является сплошной камерой. Часть II. Расширение динамической теории газа, которое включает напряжения, касательные и нормальные, вызванные изменяющимся состоянием газа, и позволяет объяснить явления транспирации и импульсации». Философские труды Лондонского королевского общества . 170 : 727–845. 1879. дои : 10.1098/rstl.1879.0078 . ISSN   0261-0523 .
• Мемуары Джеймса Прескотта Джоуля . Издательство Кембриджского университета. 2011 [1892]. ISBN  978-1-108-02880-6 .

Другая работа

Рейнольдс опубликовал около семидесяти отчетов о научных и инженерных исследованиях. Когда к концу его карьеры они были переизданы в виде сборника, они составили три тома. Каталог и его краткое описание см. Внешние ссылки . Помимо гидродинамики, изучаемые области включали термодинамику, кинетическую теорию газов, конденсацию пара, винто-винтовую двигательную установку судов, турбинную двигательную установку судов, гидравлические тормоза, гидродинамическую смазку, и лабораторное оборудование для лучшего измерения механического эквивалента Джоуля тепла. За свою работу над смазкой назвал его Дункан Доусон одним из 23 «Людей трибологии».

Одним из предметов, которые Рейнольдс изучал в 1880-х годах, были свойства зернистых материалов , в том числе дилатантных материалов. В 1903 году появилась его 250-страничная книга «Субмеханика Вселенной» , в которой он попытался обобщить механику сыпучих материалов, чтобы она «способна объяснить все физические свидетельства, какими мы их знаем, во Вселенной». Его целью, по-видимому, было построить теорию эфира, который он считал находящимся в жидком состоянии. Эти идеи было чрезвычайно трудно понять и оценить, и в любом случае они были вытеснены другими разработками в физике примерно в то же время.

См. также

• Число Рейнольдса
• Аналогия Рейнольдса
• Уравнение Рейнольдса
• Транспортная теорема Рейнольдса
• Разложение Рейнольдса
• стресс Рейнольдса
• Усредненные по Рейнольдсу уравнения Навье – Стокса
• Дилатансия Рейнольдса
• Оператор Рейнольдса

Дальнейшее чтение

• Аллен, Джек; Макдауэлл, Дональд Малкольм; Джексон, Джей Ди (1970). Осборн Рейнольдс и инженерная наука сегодня: доклады, представленные на симпозиуме, посвященном столетию Осборна Рейнольдса, Манчестерский университет, сентябрь 1968 года . Издательство Манчестерского университета. ISBN  978-0-7190-0376-9 .
• Берта, Д.; Доусон, Д.; Годе, М.; Тейлор, CM (1987). Жидкостная пленочная смазка – столетие со дня рождения Осборна Рейнольдса . Эльзевир. ISBN  978-0-08-087575-0 .

Внешние ссылки

• О'Коннор, Джон Дж.; Робертсон, Эдмунд Ф. , «Осборн Рейнольдс» , Архив истории математики MacTutor , Университет Сент-Эндрюс
• Рейнольдс инженер
• Рейнольдс Ученый
• Б. Лаундер - Осборн Рейнольдс (1842–1912) на YouTube