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1、年中国舟李陀院刊第期非平衡流流体力学俞鸿儒崔季平力学研究所非平衡流流体力学的主要特征。,传统流体力学所研究的流动介质的性质都是比较简单的例如空气和水的物性包括拈、、,。性可压缩性比热等这些都是以一系列的物性参数出现在流体力学方程之中又因为这些,,量大多是固定的不随流体运动而变化于是最终可以用一系列与这些物性参数有关的无量。,,纲量来约化问题经过本世纪的发展这一类流体力学问题的领域划分及不同领域中的求解,。,,、、问题已经大致完善大多有较为成熟的模式当然对复杂问题如复杂边值分离流动不定,。,常流及大非线性间题等仍然富有挑战性有待努力解决这些
2、问题在非常多的工程领域中仍。,,然发挥着重要的作用传统流体力学的进一步发展要考虑更为复杂的介质特别是要考虑流,体的内部结构与介质内部进行着物理化学变化的流体力学于是出现了一个全新的领域。。—非平衡流流体力学与传统的流体力学相比较非平衡流流体力学有以下三个主要特征。。一需要考虑介质的内部结构这种内部结构包括原子与分子微观结构在广义上也,。,包括那些相对于流体宏观尺度为小又较原子微观尺度为大的细观结构对于微观结构具体、、,说是要考虑原子与分子内态原子与分子的化合分解及电离在一些情况下还要包括辐射,。场这些问题使我们必需深人到物质的微观结构作为
3、出发点来考虑细观结构则是指流体中、。有异相颗粒的悬浮物布朗粒子及簇合物等。、、二流体流动过程中伴有内部发生的不可逆过程这些过程包括化学反应电离内部、、、、自由度的激发和弛豫过程辐射过程不同相之间的动量与能量交换传质过程相界面上的物、。理化学反应与相变各种不同耗散机制引发的耗散过程等。三流体宏观流动的特征时间与流体内部发生的过程特征时间可以相比这就是说流,。体外部宏观流动与内部状态变化之间有强烈的藕合效应不能分开处理二、流体力学向非平衡流方面的发展。。这种发展与当代工程技术的进步是分不开的比较明显的例子是航天技术的发展流体,力学在本世纪中最
4、辉煌的成绩之一是空气动力学的发展为航空工业的发展提供了一个坚实。。的科学基础本世纪下半叶人类开始征服空间并开始出现喷气推进与超音速飞行这对传统,。的空气动力学出现了新的挑战其中最重要的问题之一就是要克服极高速下的热障间题空俞鸿儒等非平衡流流体力学,,气动力学要处理的对象是温度高达几千度到上方度空气不能当作理想介质大约有占总数百、。分之几十的能量要以化学能内部运动自由度激发和电离的形式存在童新考察介质性质的。,变化及其对流动的影响就成为通向航天工程的必经之路到目前为止人们虽然对这一向题,,。进行了余年的努力也取得了重要进展例如关于弹道式飞行
5、器的气动与防热的进展但,,是对于高技术的航天飞行仍然面临着一大批科学问题例如美国航夫飞机回地时水平操纵,舵的配平偏角实际值比设计值增加近一倍表明非平衡现象对气动压心设计的偏差有相当影。而在气动,因为气体热能存在的重要形式是化学反应热‘,响热的问题上所以正确地估价反应进行的程度与反应率对传,,。一因此热产生的影响其大小相差可达百分之几潜力甚为可观「,,要使航天工程达到象现代航空工程那样有严密科学理论支持而达到完备还要走相当的路程。其中最为重要的是靠非平衡流体力学的发展可以举出的第二个例子是气体流动激光器的出,。⋯现这一技术可以认为是非平衡流
6、流体力学的一个直接的应用年代激光现象的原理被阐,,明之后首先是由那些非平衡流方面有重要贡献的科学家从原理上提出来这一技术设想即通,过对流体混合运动过程与化学反应及内态激发过程加以协调把气流介质的化学能或内部自。,由度激发能定向地转化为激光能这一理论设想很快得到技术上的实现成为目前保持连续输。,,,出而具有最大功率的唯一现实的途径可以说所有高能激光体系中介质均必须高速流动。非平衡流均在其中起核心作用、三非平衡流流体力学发展展望。一我们认为首先得到发展的是与高超声速飞行有关的非平衡流的研究作为空气动,,力学的延伸在高速下必须考虑分子的内态变化
7、和化学反应这样就出现了一般空气动力学中。、的尺度律的失效在实验工作上要发展全新的模拟方法在理论上则要求解决对内态变化反,应过程和流体力学三者间藕合所带来的新的定量上的困难以及需要对高温下气体分子的解、、。离化学反应电离与辐射所产生的流体物理现象重新加以认识这些都是航天技术要得到发。,,展必需解决的基础性问题国际学术界的普遍看法是这方面虽然过去取得了进展但是其重,,。要意义却长期被忽视许多重要问题远未得到解决必须在今后加以重视。二具有细观结构的非平衡流流体力学将要受到重视过去多相介质的流体力学的发,。展大多是用实用的模型简化方法未能从非平衡
8、的角度上加以深化实际上从有细观结构的,。,非平衡流角度出发将会把这个领域的研究提升成为一门严密科学从本质上看有细观结构、,。的流体运动其内部运动是非定常的非平衡的是一种非确定性问题而带有统计描
