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分子氣體動力學(精)

  • 作者：張俊//楊浩//馬啟涵|責編:趙敬偉//田軼靜
  • 出版社：科學
  • ISBN：9787030808080
  • 出版日期：2025/06/01
  • 裝幀：精裝
  • 頁數：261
人民幣：RMB 168 元      售價：元
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內容大鋼
    本書共11章。第1章介紹了分子氣體動力學的工程需求、發展歷程及其科學內涵。第2章和第3章分別介紹了分子動理論的基本概念以及圍繞玻爾茲曼（Boltzmann）方程展開的核心理論。第4章介紹了直接模擬蒙特卡洛（DSMC）方法及其應用。第5章和第6章聚焦于分子氣體動力學中的兩個典型場景：自由分子流和滑移流。第7章和第8章介紹了多原子分子的內能模型和化學反應模型，以及它們在DSMC方法中的實現。第9章和第10章聚焦于本領域的最新研究進展：多尺度粒子方法和低雜訊粒子方法。第11章探討了由分子熱運動引發的熱漲落效應。
    本書內容適合從事氣體動力學的研究人員閱讀，亦可作為航空航天及相關領域工程設計人員的工具書和參考書。對於高年級本科生和研究生而言，本書內容是對連續介質力學課程內容的有益補充，閱讀本書可以擴展其知識體系。
作者介紹
張俊//楊浩//馬啟涵|責編:趙敬偉//田軼靜
目錄
前言
第1章  緒論
  1.1  分子氣體動力學的工程需求
  1.2  分子氣體動力學的發展歷史
  1.3  分子氣體動力學的科學內涵
  參考文獻
第2章  分子動理論基礎
  2.1  分子運動與碰撞的特徵物理量
  2.2  宏觀量的表達
  2.3  分子速度分佈函數
    2.3.1  宏觀量的表達
    2.3.2  平衡態分佈——Maxwell分佈
  2.4  分子二體彈性碰撞
    2.4.1  分子的二體彈性碰撞模型
    2.4.2  分子碰撞截面
    2.4.3  分子碰撞模型
  2.5  氣體分子在壁面的反射
    2.5.1  分子在壁面處的速度分佈函數
    2.5.2  散射核
    2.5.3  鏡面反射模型
    2.5.4  漫反射模型
    2.5.5  Maxwell模型
    2.5.6  CLL模型
  參考文獻
第3章  Boltzmann方程及其性質
  3.1  Boltzmann方程
    3.1.1  Boltzmann方程的推導
    3.1.2  Boltzmann方程的假設
  3.2  宏觀輸運方程
    3.2.1  Boltzmann方程的矩方程
    3.2.2  碰撞積分
    3.2.3  守恆方程
  3.3  H 定理與平衡態
    3.3.1  H定理
    3.3.2  平衡態分佈
    3.3.3  歐拉方程
    3.3.4  熱力學第二定律
  3.4  近平衡態的Chapman-Enskog方法
    3.4.1  微分方程的攝動法
    3.4.2  Boltzmann方程的Chapman-Enskog方法
    3.4.3  Navier-Stokes-Fourier方程
  3.5  Boltzmann方程的自由分子流解
  3.6  動理學模型
    3.6.1  BGK模型
    3.6.2  ES-BGK模型
    3.6.3  Shakhov模型
    3.6.4  Fokker-Planck模型
    3.6.5  ES-FP模型
  參考文獻
第4章  DSMC方法

  4.1  Monte Carlo方法的基本原理
    4.1.1  布豐投針實驗
    4.1.2  Monte Carlo方法示例
    4.1.3  Monte Carlo抽樣方法
  4.2  DSMC方法的基本原理
    4.2.1  DSMC方法的基本思想
    4.2.2  DSMC方法的實現
  4.3  DSMC方法的求解實例
  4.4  DSMC方法的應用
    4.4.1  庫埃特流動
    4.4.2  泊肅葉流動
    4.4.3  頂蓋驅動的方腔流
    4.4.4  高超聲速平板繞流
    4.4.5  高超聲速鈍頭體繞流
  參考文獻
第5章  自由分子流
  5.1  表面元素的分子數目通量和動量通量
  5.2  表面元素的氣動力
    5.2.1  表面元素的壓力與剪切應力
    5.2.2  簡單幾何外形的氣動力
    5.2.3  極高熱力學流動
  5.3  表面元素的氣動熱
  5.4  傅里葉傳熱與庫埃特流動問題
    5.4.1  傅里葉傳熱
    5.4.2  庫埃特流動
  5.5  超低軌衛星的氣動阻力計算與分析
    5.5.1  衛星氣動阻力的基本原理
    5.5.2  超低地球軌道環境
    5.5.3  氣動阻力計算與分析
    5.5.4  氣動減阻設計
    5.5.5  總結與展望
  參考文獻
第6章  滑移流
  6.1  基於半通量方法的滑移邊界條件的推導
    6.1.1  速度滑移邊界條件
    6.1.2  溫度跳躍邊界條件
    6.1.3  向CLL散射模型的推廣
  6.2  採用矩方法對滑移邊界條件的推導
  6.3  滑移邊界條件的應用
    6.3.1  庫埃特流動的理論分析
    6.3.2  高超聲速圓柱繞流的數值計算
  參考文獻
第7章  多原子分子的內能模式
  7.1  多原子氣體的內能鬆弛
    7.1.1  分子的內能模式、內自由度與內能分佈函數
    7.1.2  氣體內能鬆弛過程
    7.1.3  碰撞鬆弛數
  7.2  DSMC中的多原子內能模型
    7.2.1  粒子內能的初始化及溫度統計
    7.2.2  非彈性碰撞后的能量分配

    7.2.3  振動能的離散量子模型
    7.2.4  非彈性碰撞對選擇演算法
  7.3  多原子分子氣體流動的DSMC應用實例
    7.3.1  熱非平衡氣體的多溫度鬆弛
    7.3.2  高超聲速圓柱繞流
  參考文獻
第8章  化學反應
  8.1  宏觀流動的化學反應速率模型
  8.2  DSMC方法中的化學反應模型
    8.2.1  DSMC方法中的離解化學反應速率模型
    8.2.2  DSMC方法中的複合化學反應速率模型
    8.2.3  化學反應后粒子速度和能量分配
  8.3  DSMC模擬化學反應流動實例
    8.3.1  零維化學反應驗證
    8.3.2  二維化學反應計算結果
  參考文獻
第9章  多尺度粒子方法
  9.1  基於BGK模型的隨機粒子方法
    9.1.1  BGK類模型方程
    9.1.2  隨機粒子方法的實現
  9.2  基於BGK模型的統一隨機粒子方法
    9.2.1  USP方法的導出
    9.2.2  USP方法的實現
  9.3  USP方法在多尺度流動中的應用
    9.3.1  SPARTACUS求解器介紹
    9.3.2  頂蓋驅動的方腔流
    9.3.3  高超聲速圓柱繞流
    9.3.4  類X-38構型高超聲速繞流
  9.4  基於Fokker-Planck模型的隨機粒子方法
    9.4.1  Fokker-Planck模型與朗之萬方程
    9.4.2  粒子Fokker-Planck方法實現
  9.5  基於Fokker-Planck模型的多尺度隨機粒子方法
    9.5.1  粒子ES-FP方法
    9.5.2  MSP 方法
  參考文獻
第10章  低雜訊粒子方法
  10.1  信息保存方法的發展歷程
  10.2  信息保存方法的統一理論框架
    10.2.1  速度–信息聯合分佈和信息增廣的Boltzmann方程
    10.2.2  宏觀信息輸運方程
    10.2.3  信息輸運性質分析
    10.2.4  信息補償
    10.2.5  信息保存方法的實現
  10.3  信息保存方法的應用
    10.3.1  低速庫埃特流動
    10.3.2  傅里葉流動
    10.3.3  泊肅葉流動
    10.3.4  熱蠕動
  參考文獻
第11章  分子熱漲落

  11.1  平衡態熱漲落關聯及輸運特性
    11.1.1  熱漲落的方均值
    11.1.2  熱漲落的空間關聯
    11.1.3  熱漲落的時空關聯
  11.2  熱漲落的分子模擬
  11.3  熱漲落對湍流的影響
  參考文獻
附錄A Chapman-Enskog展開
  A.1  BGK 模型方程
  A.2  Fokker-Planck模型方程
  A.3  Boltzmann方程
附錄B 一維庫埃特流動DSMC示常式序

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