Введение

Англо-ирландский новатор (1842–1912)

Осборн Рейнольдс (23 августа 1842 – 21 февраля 1912) – уроженец Ирландии, внесший значительный вклад в понимание гидродинамики. Помимо этого, его исследования теплопередачи между твердыми телами и жидкостями привели к усовершенствованию конструкции котлов и конденсаторов. Всю свою карьеру он посвятил работе в университете Манчестера.

Жизнь

Осборн Рейнольдс родился в Белфасте и вскоре после этого переехал с родителями в Дедхэм, Эссекс. Он выбрал изучение математики в Кембридже, поскольку, по его собственным словам, высказанным в заявлении на должность профессора в 1868 году, "с самых ранних воспоминаний я испытывал непреодолимую склонность 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". Год после окончания Кембриджа он вновь работал в гражданско-инженерной фирме Lawson and Mansergh of London, в качестве практикующего инженера-строителя, занимающегося лондонской (Кройдонской) системой транспортировки сточных вод. Он похоронен в церкви Святого Декумана в Уочете. В 1883 году Рейнольдс продемонстрировал переход к турбулентному течению в классическом эксперименте, в котором исследовал поведение потока воды при различных скоростях, используя тонкую струю окрашенной воды, вводимую в центр потока в трубе большего диаметра. Большая труба была стеклянной, что позволяло наблюдать за поведением слоя окрашенного потока, а в конце трубы был установлен регулирующий клапан для изменения скорости воды внутри трубы. При низкой скорости окрашенный слой оставался отчетливым на протяжении всей длины большой трубы. При увеличении скорости слой разрушался в определенной точке и рассеивался по всему поперечному сечению жидкости. Точка, в которой это происходило, являлась точкой перехода от ламинарного к турбулентному течению. В результате этих экспериментов появилось безразмерное число Рейнольдса для динамического подобия – отношение инерционных сил к силам вязкости. Рейнольдс также предложил то, что сейчас известно как усреднение Рейнольдса для турбулентных течений, где такие величины, как скорость, выражаются как сумма среднего и флуктуирующего компонентов. Такое усреднение позволяет проводить "макроскопическое" описание турбулентного течения, например, с использованием уравнений Навье-Стокса, усредненных по Рейнольдсу. Вклад Рейнольдса в механику жидкости не остался незамеченным судостроителями ("корабельными архитекторами"). Возможность создания модели корабля в уменьшенном масштабе и получения полезных прогнозных данных относительно полноразмерного корабля напрямую зависит от того, насколько точно экспериментатор применяет принципы турбулентности Рейнольдса при расчетах сопротивления трению, а также правильно использует теории Уильяма Фроуда об энергии и распространении гравитационных волн. Сам Рейнольдс опубликовал ряд статей, касающихся проектирования кораблей, в Transactions of the Institution of Naval Architects.

Публикации

Его публикации в области гидродинамики начались в начале 1870-х годов. Его окончательная теоретическая модель, опубликованная в середине 1890-х годов, до сих пор является стандартной математической основой, используемой сегодня. Примеры названий из его наиболее прорывных работ:

Другая работа

Рейнольдс опубликовал около семидесяти научных и инженерных исследовательских отчетов. Когда к концу его карьеры они были переизданы в виде сборника, они заняли три тома. Каталог и краткие резюме этих работ можно найти в разделе «Внешние ссылки». Помимо динамики жидкостей, его интересовали такие области, как термодинамика, кинетическая теория газов, конденсация пара, судовые движители винтового типа, судовые движители турбинного типа, гидравлические тормоза, гидродинамическая смазка и лабораторное оборудование для более точного измерения механического эквивалента тепла Джоуля. За его работы в области смазки Дункан Даусон назвал его одним из 23 «Пионеров Трибологии». В 1880-х годах Рейнольдс изучал свойства гранулированных материалов, включая дилатантные материалы. В 1903 году вышла его книга объемом 250 страниц «Субмеханика Вселенной», в которой он попытался обобщить механику гранулированных материалов, чтобы она была «способна объяснить все известные нам физические явления во Вселенной». По-видимому, его целью было создание теории эфира, который он считал находящимся в жидком состоянии. Эти идеи были чрезвычайно сложны для понимания и оценки, и в любом случае были вытеснены другими достижениями в физике примерно в то же время.