气体动力学

　　气体动力学（gas dynamics），流体力学的一个分支，在连续介质假设下，研究与热力学现象有关的气体的运动规律及其与相对运动物体之间的相互作用。气体在低速流动时属不可压缩流动，其热力状态的变化可以不考虑；但在高速流动(如马赫数大于0.3左右)时，气体的压缩效应不能忽略，其热力状态也发生明显的变化，气体运动既要满足流体力学的定律，也要满足热力学的定律。流体力学和热力学的紧密结合，便形成了气体动力学。气体动力学开始于对弹丸运动、蒸汽涡轮等的研究，随着航空和航天工业的蓬勃发展，出现了不少新的分支。

　　①高温气体动力学。研究高温气体的流动规律和伴随的各种物理化学变化、能量传递和转化规律。例如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，气体比热不再是常数，完全气体的状态方程(p＝ρRT，p、ρ、T为气体的压力、密度、温度，R为气体常量）不再适用。此外，气体分子内部各种能级的激发（平动、转动和振动等）处于不平衡状态，出现非平衡流动。在极高温度下，气流中还伴有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，要把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等结合起来，并要用到物理、化学和气体动力学等实验技术，光谱、激光、电子、力学等测量方法，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、等离子体技术等方面的发展，有重要意义。

　　②稀薄气体动力学。研究克努曾数Kn（见流体力学相似准数）并非远小于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不是小量，气体分子离散结构显示其影响，经典的连续介质模型不再适用。在地面上研究5微米以下气溶胶粒子的运动，也须考虑稀薄气体效应。研究稀薄气体动力学，要用到玻耳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地球卫星、航天飞机及某些非航天技术的发展，起着重要作用。

　　③宇宙气体动力学。应用气体动力学的方法研究宇宙中物质的形态和运动规律。宇宙中的物质形态以等离子体为主，还有稀薄气体，行星内部有液态核，它们都是流体或磁流体。所以应用流体力学和磁流体力学的理论和方法能描述很多宇观尺度的天体过程。宇宙气体动力学的研究领域已从行星环境扩展到太阳内部，从气体星云到星系，以至到局部宇宙的演化规律，并取得一批成果，其中包括太阳风、地球磁层、气体星云的收缩和碎裂、无碰撞激波、恒星大气的反常加热、宇宙中磁场的起源和演变、宇宙中的湍流特性、星系旋涡结构的密度波理论等。现在，大量天体物理的问题都采用气体动力学的概念和方法进行研究，而讨论具体的物理化学过程又反过来扩展了气体动力学的领域。