Осборн Рейнольдс FRS (23 августа 1842 г. – 21 февраля 1912 г.) был ирландцем по происхождению [1] [2] [3] британским [4] новатором в понимании динамики жидкости . Отдельно его исследования теплопередачи между твердыми телами и жидкостями привели к усовершенствованиям в конструкции котлов и конденсаторов. Он провел всю свою карьеру в том, что сейчас является Манчестерским университетом .
Осборн Рейнольдс родился в Белфасте и вскоре переехал с родителями в Дедхэм, Эссекс . [5] Его отец, преподобный Осборн Рейнольдс, был членом колледжа Квинс в Кембридже, который работал директором школы и священнослужителем, но также был очень способным математиком с живым интересом к механике. Отец получил ряд патентов на усовершенствование сельскохозяйственного оборудования, и сын приписывает ему звание своего главного учителя в детстве. Рейнольдс проявил ранние способности и симпатию к изучению механики. В позднем подростковом возрасте, за год до поступления в университет, он пошел работать учеником в мастерскую Эдварда Хейза, известного судостроителя в Стоуни-Стратфорде , где он получил практический опыт в производстве и оснащении прибрежных пароходов (и, таким образом, получил раннее понимание практической ценности понимания динамики жидкости). [6]
Осборн Рейнольдс учился в колледже Квинс в Кембридже и окончил его в 1867 году, став седьмым по счету специалистом по математике. [7] Он решил изучать математику в Кембридже, потому что, по его собственным словам в заявлении 1868 года на должность профессора, «С самых ранних моих воспоминаний я питал непреодолимую симпатию к механике и физическим законам, на которых основана механика как наука... мое внимание привлекали различные механические явления, для объяснения которых, как я обнаружил, знание математики было необходимо». [8] В течение года сразу после окончания Кембриджа он снова занял должность в строительной фирме Lawson and Mansergh of London в качестве практикующего инженера-строителя, работающего с лондонской ( Кройдонской ) системой транспортировки сточных вод. [6]
В 1868 году он был назначен на недавно учрежденную кафедру гражданского и машиностроительного машиностроения в колледже Оуэнс в Манчестере (ныне Манчестерский университет ), [6] став в том году одним из первых профессоров в истории британского университета, носивших звание «профессор инженерии». Эта профессорская должность была недавно создана и финансировалась группой промышленных предприятий в районе Манчестера, и они также сыграли ведущую роль в выборе 25-летнего Рейнольдса на эту должность. [8] Рейнольдс оставался в колледже Оуэнс до конца своей карьеры — в 1880 году колледж стал составным колледжем недавно основанного Университета Виктории . [6]
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 . [8] [9] Он был похоронен в церкви Святого Декумана в Уотчете . [9]
Рейнольдс наиболее известен исследованиями условий, при которых поток жидкости в трубах переходит от ламинарного течения к турбулентному течению . [6] 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, вводимую в центр потока в большей трубе.
Большая труба была стеклянной, поэтому поведение слоя окрашенного потока можно было наблюдать, а на конце этой трубы находился клапан управления потоком, используемый для изменения скорости воды внутри трубы. Когда скорость была низкой, окрашенный слой оставался отчетливым по всей длине большой трубы. Когда скорость увеличивалась, слой распадался в заданной точке и рассеивался по всему поперечному сечению жидкости. Точка, в которой это происходило, была точкой перехода от ламинарного к турбулентному потоку.
Из этих экспериментов вышло безразмерное число Рейнольдса для динамического подобия — отношение инерционных сил к вязким 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 компонентов. Такое усреднение позволяет описывать турбулентный поток «объемно», например, используя усредненные по Рейнольдсу уравнения Навье–Стокса .
Вклад Рейнольдса в механику жидкости не остался незамеченным для проектировщиков кораблей («морских архитекторов»). Возможность создания маломасштабной модели корабля и извлечения полезных прогностических данных относительно полноразмерного корабля напрямую зависит от экспериментатора, применяющего принципы турбулентности Рейнольдса к расчетам сопротивления трения, а также от правильного применения теорий Уильяма Фруда об энергии и распространении гравитационных волн. Сам Рейнольдс опубликовал ряд статей по проектированию кораблей в Transactions of the Institution of Naval Architects .
Его публикации по гидродинамике начались в начале 1870-х годов. Его последняя теоретическая модель, опубликованная в середине 1890-х годов, до сих пор является стандартной математической структурой, используемой сегодня. Примеры названий из его наиболее новаторских докладов:
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )Рейнольдс опубликовал около семидесяти научных и инженерных исследовательских отчетов. Когда к концу его карьеры они были переизданы в виде сборника, они составили три тома. Каталог и краткие резюме см. во Внешних ссылках. Охваченные области, помимо динамики жидкости, включали термодинамику, кинетическую теорию газов, конденсацию пара, винтовые судовые двигатели, турбинные судовые двигатели, гидравлические тормоза, гидродинамическую смазку [10] и лабораторную аппаратуру для лучшего измерения механического эквивалента тепла Джоуля. За свою работу по смазке он был назван Дунканом Доусоном одним из 23 «Людей трибологии». [11]
Одним из предметов, которые Рейнольдс изучал в 1880-х годах, были свойства сыпучих материалов , включая дилатантные материалы. В 1903 году вышла его 250-страничная книга «Субмеханика Вселенной» , в которой он попытался обобщить механику сыпучих материалов, чтобы она «способна была объяснить все физические доказательства, какими мы их знаем, во Вселенной». Его целью, по-видимому, было построить теорию эфира, который он считал находящимся в жидком состоянии. Идеи были чрезвычайно трудны для понимания или оценки, и в любом случае были вытеснены другими разработками в физике примерно в то же время.
Просто родиться в Ирландии было недостаточно для включения. Таким образом, нам пришлось исключить таких прекрасных ученых, как Осборн Рейнольдс и Кэтлин Лонсдейл, которые родились в Ирландии, но, как мы чувствовали, не имели достаточно сильных ирландских корней, чтобы быть включенными
