| 开本：16开 |
| 纸张：胶版纸 |
| 包装：平装 |
| 是否套装：否 |
| 国际标准书号ISBN：9787030835062006220 |
| 所属分类：图书>自然科学>物理学>理论物理学 |
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稀薄气体动力学
定
出版社 科学出版
版次
出版时间 年月
开本
作者 吴雷李琪
装帧 圆脊装
页数
字数
书号
稀薄气体动力学是流体力学的一个分支领域，探究气体在非平衡状态下的流动性及其内在机理。该学科在航空工程、微机电系统、紫外光刻、约束核聚变等诸多前沿技术领域有着重要的应用。在稀薄气体问题中，连续介质假设不再适用，需要从统计物理学的介观角度描述气体状态与动力学行为。本书较为系统地阐述了稀薄气体动力学的基本理论体系，从气体动理论基础出发，推导玻尔兹曼方程，并探讨其宏观限。结合作者多年的研究工作，本书介绍了玻尔兹曼方程的快速谱方法、简化动理论建模、多尺度快速算法，以及稀薄效应在高温气体、稠密气体和湍流中的耦合作用，同时涵盖线性流动、时域效应等典型问题。
目录
第章 绪论
气体的性质
相互作用势
状态方程
压强和温度的微观解释
自由度、内能、热容
简单气体动理论
平均自由程
输运现象
宏观流体方程失效实例
再入返回舱
页岩气开采
微机电系统
克努森数
空间克努森数
时间克努森数
宏观、介观、微观
练习
第章 气体动理论
速度分布函数与宏观量
平衡态分布函数
征速率
二体碰撞
偏转角
四种散射截面
碰撞前后速度关系及积分变换
玻尔兹曼方程
碰撞不变量
热力学第二定律
微观状态数
熵增定律
洛施密悖论和策梅洛悖论
麦克斯韦妖与香农信息熵
应力和热流的弛豫
线性玻尔兹曼方程
本征值和本征函数
熵增速率
气固边界条件
麦克斯韦边界
边界
边界
练习
第章 玻尔兹曼方程的宏观限
宏观输运方程
麦克斯韦迭代
麦克斯韦分子
应力和热流的高近似
逆幂律分子
希尔伯展开
零近似
一近似
幽灵效应
存在的问题
查普曼–恩斯库格多尺度展开
模型的展开
收敛性问题
格拉德矩方法
正则化矩方程
宏观方程的度
查普曼–恩斯库格展开系列方程
矩方程
收敛性
附录：大熵原理
附录：玻尔兹曼方程的查普曼–恩斯库格展开
一近似
高近似
练习
第章 玻尔兹曼碰撞项的数值计算
直接模拟蒙卡罗方法
离散速度方法简介
快速谱方法
归一化
卡莱曼变换
卷积权重
具体实施
守恒修正
空间均匀系统的松弛过程
理论解
不连续分布函数的抹平过程
空间非均匀系统的稀薄气体流动
正激波
外力驱动的泊肃叶流动
线性壁温诱导的稀薄流
周期性壁温诱导的稀薄流
真实分子势下的相关计算
线性玻尔兹曼碰撞项的求解
输运系数的确计算
总结
练习
第章 单原子气体的简化动理论模型
碰撞频率
碰撞频率与分子碰撞速度无关的模型
模型
模型
模型
线性模型
非线性化
碰撞频率对模型度的影响
碰撞频率与分子碰撞速度相关的模型
模型
ν 模型
福克尔–普朗克模型
模型度的检验
正激波
热蠕动
练习
第章 典型的线性稀薄气体流动
库埃流动
连续流和自由分子流下的理论解
过渡流数值解
克努森层函数
黏性速度滑移系数
等效黏度
泊肃叶流动
分布函数过集中现象
质量流量和热流
二黏性滑移系数
傅里叶热传导
热蠕动
热滑移系数
克努森层函数
昂萨格倒易关系
练习
第章 时域上的稀薄气体效应
瑞利–布里渊散射
自发瑞利–布里渊散射
相干瑞利–布里渊散射
振荡库埃流
自由分子流
滑移流
振荡盖方腔流
平面声波
方腔中的声波
两种干涉模式
稀薄流的声速
气体的集体振荡
摇摆模式和呼吸模式
四模式
剪刀模式
第章 通用合成迭代算法
常规迭代的问题
收敛慢
伪收敛
加速收敛的核心思想
通用合成迭代算法
的性质
收敛
渐近持
数值计算测试
相干瑞利–布里渊散射
平板傅里叶热传导
偏心圆柱库埃流
非定常
振荡库埃流
泰勒涡
非线性流动的
粒子方法的加速方案
间歇性概念性论证
加速方法
展望
第章 气固边界条件
升尺度方法
雷诺润滑方程
泊肃叶流动的质量流量
热蠕动的质量流量
边界条件下的泊肃叶流动
平板泊肃叶流动
圆管泊肃叶流动
边界条件下的速度滑移系数
实验对比：矩形通道中的泊肃叶流动
实验对比：矩形通道中的热蠕动
实验对比：圆管上的热蠕动
混合边界条件
解释氦气实验数据
高声速流动中的启示
第章 多原子气体的简化动理论模型
量子化能级
转动能级
振动能级
王承书–乌伦贝克方程
体积黏性
热导率
方法中的热流弛豫速率
分子气体的动理论模型
线性模型
模型的非线性化
非线性模型
模型方程度比较
正激波
麦克斯韦妖驱动的微流动
确定热流弛豫速率的方法
分子动力学模拟
瑞利–布里渊散射实验
总结与展望
第章 高温气体辐射的动理论模型
气体辐射跃迁与光子输运
动理学建模
气体–气体相互作用项
气体–光子相互作用项
光子输运项
分布函数与模型方程的约化
无量纲参数
数值计算
傅里叶热传导
库埃流动
正激波
高声速圆柱绕流
总结与展望
第章 混合气体的简化动理论建模
多组分气体玻尔兹曼方程
模型方程
多弛豫碰撞模型
输运系数
组分间能量弛豫
不可分辨原则
模型参数的确定
数值验证
正激波结构
傅里叶热传导
二维圆柱绕流
喷管流动
总结
第章 稠密气体的稀薄效应
恩斯库格方程
输运方程
输运系数
恩斯库格方程的推广
气液两相流
颗粒物质
快速谱方法
颗粒气体的加热
傅里叶热传导
弹性碰撞
非弹性碰撞
外力驱动的泊肃叶流动
自由分子流
滑移流
非弹性碰撞的影响
简化动理论模型
第章 湍流稀薄流相互作用
湍流中的稀薄效应探索
湍流–稀薄流统一计算模型
湍流模型
方法
的渐近性质
湍流边界层
高声速稀薄流
湍流与稀薄流之间的过渡
稀薄环境下的逆向射流
射流流场
速度和黏度
应力与热流的三元构成
表面应力和热流
稀薄环境中的侧向射流
总结与展望
附录 殊函数
伽马函数
索宁多项式
勒让德多项式
连带勒让德多项式
球谐函数
厄米多项式
附录 碰撞偏转角程序
附录 高斯型积分
积分节点的选取
高斯–勒让德积分
高斯–厄米积分
附录 瑞利布里渊散射 程序
附录 快速谱方法的算法流程
算法零填充
算法非零填充
稀薄气体动力学
定
出版社 科学出版
版次
出版时间 年月
开本
作者 吴雷李琪
装帧 圆脊装
页数
字数
书号
稀薄气体动力学是流体力学的一个分支领域，探究气体在非平衡状态下的流动性及其内在机理。该学科在航空工程、微机电系统、紫外光刻、约束核聚变等诸多前沿技术领域有着重要的应用。在稀薄气体问题中，连续介质假设不再适用，需要从统计物理学的介观角度描述气体状态与动力学行为。本书较为系统地阐述了稀薄气体动力学的基本理论体系，从气体动理论基础出发，推导玻尔兹曼方程，并探讨其宏观限。结合作者多年的研究工作，本书介绍了玻尔兹曼方程的快速谱方法、简化动理论建模、多尺度快速算法，以及稀薄效应在高温气体、稠密气体和湍流中的耦合作用，同时涵盖线性流动、时域效应等典型问题。
目录
第章 绪论
气体的性质
相互作用势
状态方程
压强和温度的微观解释
自由度、内能、热容
简单气体动理论
平均自由程
输运现象
宏观流体方程失效实例
再入返回舱
页岩气开采
微机电系统
克努森数
空间克努森数
时间克努森数
宏观、介观、微观
练习
第章 气体动理论
速度分布函数与宏观量
平衡态分布函数
征速率
二体碰撞
偏转角
四种散射截面
碰撞前后速度关系及积分变换
玻尔兹曼方程
碰撞不变量
热力学第二定律
微观状态数
熵增定律
洛施密悖论和策梅洛悖论
麦克斯韦妖与香农信息熵
应力和热流的弛豫
线性玻尔兹曼方程
本征值和本征函数
熵增速率
气固边界条件
麦克斯韦边界
边界
边界
练习
第章 玻尔兹曼方程的宏观限
宏观输运方程
麦克斯韦迭代
麦克斯韦分子
应力和热流的高近似
逆幂律分子
希尔伯展开
零近似
一近似
幽灵效应
存在的问题
查普曼–恩斯库格多尺度展开
模型的展开
收敛性问题
格拉德矩方法
正则化矩方程
宏观方程的度
查普曼–恩斯库格展开系列方程
矩方程
收敛性
附录：大熵原理
附录：玻尔兹曼方程的查普曼–恩斯库格展开
一近似
高近似
练习
第章 玻尔兹曼碰撞项的数值计算
直接模拟蒙卡罗方法
离散速度方法简介
快速谱方法
归一化
卡莱曼变换
卷积权重
具体实施
守恒修正
空间均匀系统的松弛过程
理论解
不连续分布函数的抹平过程
空间非均匀系统的稀薄气体流动
正激波
外力驱动的泊肃叶流动
线性壁温诱导的稀薄流
周期性壁温诱导的稀薄流
真实分子势下的相关计算
线性玻尔兹曼碰撞项的求解
输运系数的确计算
总结
练习
第章 单原子气体的简化动理论模型
碰撞频率
碰撞频率与分子碰撞速度无关的模型
模型
模型
模型
线性模型
非线性化
碰撞频率对模型度的影响
碰撞频率与分子碰撞速度相关的模型
模型
ν 模型
福克尔–普朗克模型
模型度的检验
正激波
热蠕动
练习
第章 典型的线性稀薄气体流动
库埃流动
连续流和自由分子流下的理论解
过渡流数值解
克努森层函数
黏性速度滑移系数
等效黏度
泊肃叶流动
分布函数过集中现象
质量流量和热流
二黏性滑移系数
傅里叶热传导
热蠕动
热滑移系数
克努森层函数
昂萨格倒易关系
练习
第章 时域上的稀薄气体效应
瑞利–布里渊散射
自发瑞利–布里渊散射
相干瑞利–布里渊散射
振荡库埃流
自由分子流
滑移流
振荡盖方腔流
平面声波
方腔中的声波
两种干涉模式
稀薄流的声速
气体的集体振荡
摇摆模式和呼吸模式
四模式
剪刀模式
第章 通用合成迭代算法
常规迭代的问题
收敛慢
伪收敛
加速收敛的核心思想
通用合成迭代算法
的性质
收敛
渐近持
数值计算测试
相干瑞利–布里渊散射
平板傅里叶热传导
偏心圆柱库埃流
非定常
振荡库埃流
泰勒涡
非线性流动的
粒子方法的加速方案
间歇性概念性论证
加速方法
展望
第章 气固边界条件
升尺度方法
雷诺润滑方程
泊肃叶流动的质量流量
热蠕动的质量流量
边界条件下的泊肃叶流动
平板泊肃叶流动
圆管泊肃叶流动
边界条件下的速度滑移系数
实验对比：矩形通道中的泊肃叶流动
实验对比：矩形通道中的热蠕动
实验对比：圆管上的热蠕动
混合边界条件
解释氦气实验数据
高声速流动中的启示
第章 多原子气体的简化动理论模型
量子化能级
转动能级
振动能级
王承书–乌伦贝克方程
体积黏性
热导率
方法中的热流弛豫速率
分子气体的动理论模型
线性模型
模型的非线性化
非线性模型
模型方程度比较
正激波
麦克斯韦妖驱动的微流动
确定热流弛豫速率的方法
分子动力学模拟
瑞利–布里渊散射实验
总结与展望
第章 高温气体辐射的动理论模型
气体辐射跃迁与光子输运
动理学建模
气体–气体相互作用项
气体–光子相互作用项
光子输运项
分布函数与模型方程的约化
无量纲参数
数值计算
傅里叶热传导
库埃流动
正激波
高声速圆柱绕流
总结与展望
第章 混合气体的简化动理论建模
多组分气体玻尔兹曼方程
模型方程
多弛豫碰撞模型
输运系数
组分间能量弛豫
不可分辨原则
模型参数的确定
数值验证
正激波结构
傅里叶热传导
二维圆柱绕流
喷管流动
总结
第章 稠密气体的稀薄效应
恩斯库格方程
输运方程
输运系数
恩斯库格方程的推广
气液两相流
颗粒物质
快速谱方法
颗粒气体的加热
傅里叶热传导
弹性碰撞
非弹性碰撞
外力驱动的泊肃叶流动
自由分子流
滑移流
非弹性碰撞的影响
简化动理论模型
第章 湍流稀薄流相互作用
湍流中的稀薄效应探索
湍流–稀薄流统一计算模型
湍流模型
方法
的渐近性质
湍流边界层
高声速稀薄流
湍流与稀薄流之间的过渡
稀薄环境下的逆向射流
射流流场
速度和黏度
应力与热流的三元构成
表面应力和热流
稀薄环境中的侧向射流
总结与展望
附录 殊函数
伽马函数
索宁多项式
勒让德多项式
连带勒让德多项式
球谐函数
厄米多项式
附录 碰撞偏转角程序
附录 高斯型积分
积分节点的选取
高斯–勒让德积分
高斯–厄米积分
附录 瑞利布里渊散射 程序
附录 快速谱方法的算法流程
算法零填充
算法非零填充