分子气体动力学
课程编码：180090080103P3006H
英文名称：Molecular Gas Dynamics
课时：40
学分：2.00
课程属性：专业课
主讲教师：孙泉华等
教学目的要求
本课程从分子运动角度讲授气体的运动和流动规律，主要内容包括分子热运动与碰撞、带电粒子的运动、速度分布函数、玻尔兹曼方程、输运理论、弛豫过程、典型非平衡流动及常用计算技术。本课程面向气体动力学及相关专业研究生及高年级本科生。通过本课程学习，要求学生理解气体流动的微观动力学过程和输运机理，掌握从玻尔兹曼方程到Navier-Stokes方程的推导过程，了解非平衡流动常用计算方法及研究动态，为相关研究打下理论和计算基础。
预修课程
热力学基础
大纲内容
第一章 绪论 2学时 孙泉华
第1节 分子气体动力学发展概述
第2节 气体分子模型
第3节 输运现象
第4节 理想气体状态方程
第二章 分子运动与碰撞 6学时 孙泉华
第1节 分子热运动与速度分布函数
第2节 带电粒子运动
第3节 碰撞动力学
第4节 分子碰撞模型
第5节 碰撞频率与平均自由程
第6节 等离子体频率与德拜长度
第三章 统计热力学 6学时 孙泉华
第1节 气体微观与宏观描述
第2节 量子能态分布
第3节 配分函数
第4节 玻尔兹曼关系
第5节 热力学性质
第四章 平衡气体动理论 7学时 胡远
第1节 麦克斯韦尔分布
第2节 细致平衡与质量作用定律
第3节 电离平衡与沙哈方程
第4节 平衡空气性质
第5节 初等输运理论
第五章 非平衡气体动理论 7学时 胡远
第1节 玻尔兹曼方程
第2节 流体力学方程组的导出
第3节 查普曼-恩斯考克理论
第4节 热化学速率方程
第六章 非平衡流动计算方法 4学时 胡远
第1节 非平衡方程直接求解法
第2节 直接模拟蒙特卡罗方法
第3节 粒子网格法
第4节 耦合方法
第七章 非平衡流动 4学时 孙泉华
第1节 激波结构
第2节 自由分子流
第3节 等离子体鞘层
第八章 过渡空间高速流动 2学时 孙泉华
第1节 高速飞平衡流动特点
第2节 飞行器气动性能
第九章 课堂考试 2学时 胡远
第1节 课堂考试
参考书
1、
Introduction to Physical Gas Dynamics
Vincenti W.G. and Kruger C.H. Jr.
1965
Robert E. Krieger Publishing Cm., Inc.
2、
Gaskinetic Theory
Gombosi T.I.
1994
Cambridge University Press
3、
Molecular Gas Dynamics and the Direct Simulation of Gas Flows
Bird GA
1994
Oxford University Press Inc.
4、
等离子体物理学导论
Chen F.F.著，林光海译
2016
科学出版社
5、
稀薄气体动力学
沈青
2003
国防工业出版社
课程教师信息
孙泉华，中国科学院力学研究所研究员、博士生导师，中国科学院引才计划、国家高层次人才计划入选者。主要研究方向：稀薄气体与高温非平衡流动，担任中国科学院B类战略先导专项首席科学家、重点项目首席科学家，研究成果被多个英文专著介绍，曾获中国科学院教育教学成果奖二等奖（集体奖、2020年）、中国科学院大学研究生优秀课程（2023年）、中国科学院优秀导师（2024年）。邮件地址：qsun@imech.ac.cn
胡远，中国科学院力学研究所副研究员，主要从事稀薄气体与等离子体非平衡现象的建模、数值方法和流动计算研究。主持院先导A课题、国家数值风洞工程软件集成等国家级项目。邮件地址：yhu@imech.ac.cn