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《稀薄气体动力学》专著出版

已有 2378 次阅读 2022-10-15 10:40 |个人分类:RGD|系统分类:科研笔记

稀薄气体动力学是空气动力学的一个分支。气体密度很低/系统尺度很小时,气体分子离散特性开始显现,流体力学中的连续介质假设(应力仅跟当地的应变及其时间变化率有关)不再适用(如图1),研究这种气体流动规律的学科就是稀薄气体动力学,在航天器再入大气层、微机电系统、页岩气开采等领域有重要应用。

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因为Navier-Stokes方程失效,稀薄气体动力学主要通过气体动理论中的玻尔兹曼方程研究。因为重要性和挑战性,历史上有很多科学家对其开展了研究,包括麦克斯韦、玻尔兹曼、希尔伯特、Chapman、Enskog,王承书、Grad、Graeme Bird。从早期对玻尔兹曼方程正确性的激烈争论(玻尔兹曼),到试图建立玻尔兹曼方程和宏观流体力学方程组的关系(希尔伯特,Chapman-Enskog,Grad);从玻尔兹曼方程的推广(王承书-乌伦贝克),到玻尔兹曼方程的求解(Graeme Bird),历经150余年而弥久不衰,更是随着科技的发展,在载人航天、火星登陆等领域得到了广泛应用。

作者本人在稀薄气体动力学方面进行了十余年的研究。很高兴在今年教师节/中秋节出版了专著《Rarefied Gas Dynamics: Kinetic Modeling and Multi-Scale Simulation》。主要内容包括:

1. 快速谱方法FSM求解玻尔兹曼碰撞项

2. 合成迭代算法GSIS快速求解玻尔兹曼方程

3. 在王承书-乌伦贝克方程基础上,多原子气体的简化模型


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