本書是稀薄氣體動力學(xué)領(lǐng)域的最新著作, 圍繞稀薄氣體數(shù)值模擬的需要, 涵蓋動理學(xué)理論、量子力學(xué)基礎(chǔ)、統(tǒng)計力學(xué)基礎(chǔ)、有限速率過程等基礎(chǔ)理論知識, 特別介紹了分子與連續(xù)氣體動力學(xué)之間的關(guān)系、直接模擬蒙特卡羅方法 (DSMC) 和非平衡熱化學(xué)模型, 每一章還有精心設(shè)計的習(xí)題。稀薄氣體動力學(xué)、高溫氣體動力學(xué)領(lǐng)域的重要著作, 既可作為重要參考書, 也可作為相關(guān)專業(yè)研究生教材。
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目錄
叢書序
系列序
原著中文版序
原著中文版致謝
第一部分 理論
第1章 動理學(xué)理論 3
1.1 引言/3
1.2 基礎(chǔ)概念/4
1.2.1 粒子模型/4
1.2.2 從分子行為到宏觀量/5
1.2.3 分子碰撞/10
1.2.4 分子輸運(yùn)過程/12
1.3 動理學(xué)理論分析/18
1.3.1 速度分布函數(shù)/18
1.3.2 玻爾茲曼方程/19
1.3.3 玻爾茲曼H定理/23
1.3.4 麥克斯韋VDF/26
1.3.5 平衡碰撞屬性/31
1.3.6 朝向壁面的自由分子流/34
1.3.7 基于動理學(xué)的非平衡流動分析/41
1.3.8 自由分子流分析/44
1.4 小結(jié)/47
1.5 習(xí)題/47
第2章 量子力學(xué) 50
2.1 引言/50
2.2 量子力學(xué)/50
2.2.1 海森堡不確定性原理/51
2.2.2 薛定諤方程/53
2.2.3 薛定諤方程的解/56
2.2.4 二粒子系統(tǒng)/58
2.2.5 轉(zhuǎn)動和振動能/60
2.2.6 電子能級/63
2.3 原子結(jié)構(gòu)/64
2.3.1 電子分類/64
2.3.2 角動量/65
2.3.3 光學(xué)項分類/66
2.3.4 激發(fā)態(tài)/68
2.4 雙原子分子結(jié)構(gòu)/69
2.4.1 玻恩 奧本海默近似/69
2.4.2 轉(zhuǎn)動和振動能/72
2.4.3 激發(fā)態(tài)/74
2.5 小結(jié)/77
2.6 習(xí)題/77
第3章 統(tǒng)計力學(xué) 79
3.1 引言/79
3.2 分子統(tǒng)計方法/79
3.3 能態(tài)分布/84
3.3.1 玻爾茲曼極限/86
3.3.2 玻爾茲曼能量分布/88
3.4 與熱力學(xué)的關(guān)系/90
3.4.1 玻爾茲曼關(guān)系/91
3.4.2 宏觀熱力學(xué)量/92
3.5 配分函數(shù)/94
3.5.1 平動能/94
3.5.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)/98
3.5.3 單原子氣體/99
3.5.4 雙原子氣體/102
3.6 離解 復(fù)合系統(tǒng)/106
3.7 小結(jié)/109
3.8 習(xí)題/109
第4章 有限速率過程 113
4.1 引言/113
4.2 平衡過程/114
4.2.1 振動能/114
4.2.2 化學(xué)平衡/115
4.2.3 平衡常數(shù)/118
4.2.4 平衡組分/119
4.3 振動弛豫/120
4.4 有限速率化學(xué)反應(yīng)/123
4.4.1 速率系數(shù)/127
4.4.2 內(nèi)能的影響/129
4.4.3 離解速率的計算/132
4.4.4 有限速率弛豫/134
4.5 小結(jié)/137
4.6 習(xí)題/137
第二部分 數(shù)值模擬
第5章 分子氣體動力學(xué)與連續(xù)介質(zhì)氣體動力學(xué)之間的關(guān)系 143
5.1 引言/143
5.2 守恒方程組/144
5.3 Chapman Enskog分析和輸運(yùn)特性/149
5.3.1 BGK方程分析/149
5.3.2 玻爾茲曼方程分析/156
5.3.3 混合氣體分析/159
5.3.4 多原子混合氣體的一般輸運(yùn)屬性/162
5.4 碰撞截面和輸運(yùn)屬性計算/166
5.4.1 碰撞截面/167
5.4.2 硬球相互作用/169
5.4.3 逆冪律相互作用/170
5.4.4 一般原子間作用勢/172
5.5 小結(jié)/175
第6章 直接模擬蒙特卡羅 177
6.1 引言/177
6.2 DSMC基本原理/181
6.2.1 基本原則/181
6.2.2 粒子運(yùn)動與排序/186
6.2.3 碰撞速率/189
6.2.4 網(wǎng)格單元和粒子屬性/194
6.3 黏性、擴(kuò)散和熱傳導(dǎo)模型/195
6.3.1 可變硬球模型/195
6.3.2 可變軟球模型/205
6.3.3 廣義硬球、軟球和LJ模型/208
6.3.4 熱傳導(dǎo)系數(shù)/213
6.3.5 模型參數(shù)化/214
6.4 DSMC內(nèi)能傳遞建模/215
6.4.1 連續(xù)介質(zhì)與分子模型/215
6.4.2 碰撞后能量再分配/216
6.4.3 非彈性碰撞對選擇過程/224
6.4.4 廣義碰撞后能量再分配/232
6.5 小結(jié)/237
第7章 非平衡熱化學(xué)模型 238
7.1 引言/238
7.2 轉(zhuǎn)動能交換模型/238
7.2.1 恒定碰撞數(shù)/239
7.2.2 Parker模型/239
7.2.3 Boyd的變概率交換模型/240
7.2.4 非平衡方向依賴模型/241
7.2.5 模型結(jié)果/242
7.3 振動能交換模型/244
7.3.1 恒定碰撞數(shù)/244
7.3.2 Millikan White模型/245
7.3.3 振動的量子化處理/248
7.3.4 模型結(jié)果/250
7.4 離解化學(xué)反應(yīng)/251
7.4.1 總碰撞能(TCE)模型/251
7.4.2 離解反應(yīng)后能量的再分配/257
7.4.3 振動促進(jìn)離解模型/259
7.5 一般化學(xué)反應(yīng)/261
7.5.1 反應(yīng)速率與平衡常數(shù)/261
7.5.2 DSMC中的逆向反應(yīng)速率/265
7.5.3 三體復(fù)合反應(yīng)/269
7.5.4 反應(yīng)后能量再分配及其一般實(shí)現(xiàn)/271
7.5.5 反應(yīng)流動的 DSMC 解/274
7.6 小結(jié)/284
附錄A 生成粒子特性/286
附錄B 碰撞參量/297
附錄C 確定碰撞后速度/303
附錄D 宏觀特性/312
附錄E 通用積分/320
參考文獻(xiàn)/323
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