气体动力学

气体动力学是流体力学的一个分支学科，它在连续介质假设的基础上，研究与热力学现象相关的气体运动规律及其与相对运动物体间的相互作用。当气体在低速流动时，属于不可压缩流动，此时热力状态的变化可以不予考虑；然而在高速流动状态下（如马赫大于约0.3），气体的压缩效应不容忽视，热力状态也会显著改变。在这种情况下，气体运动不仅要遵循流体力学的定律，还要遵守热力学的定律。流体力学和热力学的紧密结合构成了气体动力学的基础。

理论与应用

高温气体动力学

高温气体动力学专注于研究高温气体的流动规律以及伴随着的各种物理化学变化、能量传递和转化规律。在喷气发动机的燃烧室、再入大气层航天器表面的激波层和高超声速尾迹中，气体温度极高，导致气体比热不再是常数，完全气体的状态方程也不再适用。此外，气体分子内部的各种能级激发处于不平衡状态，出现非平衡流动。在极高温度下，气流中还会伴随着离解和电离过程以及物面烧蚀现象。因此，高温气体动力学的研究需要将气体动力学与热力学、统计物理、分子物理、化学动力学和电磁学相结合，并使用物理、化学和气体动力学等实验技术，包括光谱、激光、电子、力学等测量方法，以及激波管、电弧加热器等试验设备。高温气体动力学的研究对航空航天工业、激光器、等离子体技术等领域的发展具有重要价值。

稀薄气体动力学

稀薄气体动力学研究的是克努曾数（Kn）并不远小于1的稀薄气体的运动规律。对于在高空大气层飞行的航天器，Kn不是一个很小的数量，气体分子的离散结构对其产生了影响，传统的连续介质模型已经不再适用。在地面研究直径小于5微米的气溶胶粒子运动时，也需要考虑稀薄气体效应的影响。为了研究稀薄气体动力学，需要运用路德维希·玻尔兹曼气体分子运动方程和气体分子与固体表面相互作用的理论，以及低密度风洞、激波风洞、分子束装置等实验设备。稀薄气体动力学的研究对人造卫星、航天飞机及某些非航天技术的发展起到了关键的作用。

宇宙气体动力学

宇宙气体动力学利用气体动力学的方法来研究宇宙中物质的形态和运动规律。宇宙中的物质形态主要包括等离子体和稀薄气体，行星内部则含有液态核心，这些物质都可以用流体或磁流体的形式来描述。因此，通过应用流体力学和磁流体力学的理论和方法，能够描述许多宏观尺度的天体过程。宇宙气体动力学的研究范围已经从行星环境拓展到了太阳内部，从气体星云延伸到星系，甚至涉及到局部宇宙的演化规律，并取得了丰硕的成果，包括太阳风、地球磁层、气体星云的收缩和碎裂、无碰撞激波、恒星大气的异常加热、宇宙中磁场的起源和演变、宇宙中的湍流特性和星系旋涡结构的密度波理论等。大量的天体物理学问题都采用了气体动力学的概念和方法来进行研究，同时具体探讨的物理化学过程也反过来丰富了气体动力学的领域。

参考资料

气体动力学.豆瓣读书.2024-09-13

气体动力学.缺书网.2024-09-13

气体动力学.读书网.2024-09-13