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稀薄气体动力学稀薄气体动力学是研究气体在条件较为稀薄的情况下的运动规律和性质的学科。
稀薄气体指的是气体分子之间距离很大，分子间相互作用可以忽略不计的气体。
在这种条件下，稀薄气体动力学的理论可以为科学家和工程师提供重要的指导，特别是在航空航天、电子器件和真空技术等领域。
一、基本模型稀薄气体动力学的基本模型是基于分子运动论和碰撞论的。
根据这个模型，气体分子是以高速运动的微粒，它们的运动受到牛顿力学规律的支配。
分子之间相互碰撞会产生压力、温度等物理量的变化，而这些变化可以通过数学模型进行描述和计算。
二、分子运动在稀薄气体动力学中，分子的运动是一个关键的研究对象。
分子在气体中以高速无序运动，并具有各向同性。
其速度和方向是随机的，可以用分布函数来描述。
分子的运动主要受到惯性和碰撞力的影响。
惯性使得分子具有连续直线运动的趋势，而碰撞力则会使分子的运动改变方向和速度。
在平衡状态下，气体分子的平均动能与其温度成正比。
三、气体力学基本方程稀薄气体动力学的基本方程描述了气体的性质和行为。
其中，动量守恒方程、质量守恒方程、能量守恒方程以及状态方程是最基本的方程。
动量守恒方程描述了气体分子在碰撞过程中的动量传递与转化，质量守恒方程描述了气体分子的质量变化与运动规律，能量守恒方程则描述了气体分子在碰撞过程中的能量转化和传递。
状态方程则是描述气体状态和性质的方程，常用的状态方程有理想气体状态方程和范德瓦尔斯方程等。
四、稀薄气体的动力学过程稀薄气体在动力学过程中，主要包括分子扩散、热传导、辐射、动力学碰撞等。
这些过程对于气体的输运、热力学性质以及辐射传热等都有重要影响。
在分子扩散中，气体分子通过碰撞和自由飞行传递动量和质量。
热传导过程则是由于分子之间的碰撞和能量转移，使得热量从温度较高的区域传递到温度较低的区域。
辐射是气体分子通过发射和吸收辐射能量来传输能量的过程。
动力学碰撞则是描述气体分子之间碰撞的运动规律和特性。
五、应用领域稀薄气体动力学的理论和方法在多个领域具有广泛应用。
在真空科学中，真空的含义是指在给定的空间内低于一个大气压力的气体状态。
人们通常把这种稀薄的气体状态称为真空状况。
这种特定的真空状态与人类赖以生存的大气在状态相比较，主要有如下几个基本特点：（1 ）真空状态下的气体压力低于一个大气压，因此，处于地球表面上的各种真空容器中，必将受到大气压力的作用，其压强差的大小由容器内外的压差值而定。
由于作用在地球表面上的一个大气压约为10135N/m2，因此当容器内压力很小时，则容器所承受的大气压力可达到一个大气压。
不同压强下单位面积上的作用力，如表1 所示。
（2 ）真空状态下由于气体稀薄，单位体积内的气体分子数，即气体的分子密度小于大气压力的气体分子密度。
因此，分子之间、分子与其他质点（如电子、离子等）之间以及分子与各种表面（如器壁）之间相互碰撞次数相对减少，使气体的分子自由程增大。
表2 给出了常温下大气分子平均自由程与大气压力的关系。
表 1 不同压力下单位面积上的作用力表 2 常温下大气分子平均自由程与大气压力的关系(3) 真空状态下由于分子密度的减小，因此做为组成大气组分的氧、氢等气体含量( 也包括水分的含量) 也将相对减少。
表 3 给出了标准大气的成份。
表1 标准大气的成分* 表示随时间、地点而变化的值真空的这些特点、已被人们在丰富的生产与科学实验中加以利用，这一点我们将在下节中详述不同真空状态下各种真空工艺技术的应用概况随着气态空间中气体分子密度的减小，气体的物理性质发生了明显的变化，人们就是基于气体性质的这一变化，在不同的真空状态下、应用各种不同的真空工艺、达到为生产及科学研究服务的目的。
目前，可以说，从每平方厘米表面上有上百个电子元件的超大规模集成电路的制造，到几公里长的大型加速器的运转，从民用装饰品的生产到受控核聚变、人造卫星、航天飞机的问世，都与真空工艺技术密切相关。
不同真空状态下所引发出来的各种真空工艺技术的应用概况如表 4 所示。
表 4 不同真空状态下各种真空工艺技术的应用概况真空系统的设计中的主泵的选择(1)时间:2008-10-13 来源:真空技术网整理编辑:鬼马在真空系统中，主泵决定了被抽容器的极限真空度和工作真空度，而前级泵则在主泵出口处造成始终低于主泵的临界前级压力的真空度，保证主泵能正常工作。
三、气体流动状态的判别
在真空状态下，气体通过管道的流动属于稀薄气体流动。
在真空系统管路中的气流有五种流动状态：湍流(又称紊流、涡流)；湍-粘滞流；粘滞流(又称层流、粘性流、泊稷叶流)；粘滞-分子流；分子流(又称自由分子流、克努森流)。
湍-粘滞流是湍流和粘滞流之间的过渡状态。
粘滞-分子流是粘滞流和分子流之间的过渡状态。
因为湍流仅仅发生在真空系统刚刚工作之时，持续的时间很短，发生湍-粘滞流的时间也很短，所以在真空系统的设计计算中很少考虑这两种流动状态的影响。
而主要考虑粘滞流，粘滞-分子流，分子流这三种流动状态下，管道对气体的导通性能-流导。
气体在管道中的流动状态不同，管道的流导也不一样，也就是说，管道对气体的流导不仅取决于管道的几何形状和尺寸，还与管道中流动的气体种类和温度有关，在有的流动状态下还取决于管道中气体的平均压力。
所以在计算管道对气体的流导时，首先必须判明管道中的气流是哪一种流动状态?
对于室温20℃空气、湍流、湍-粘滞流、粘滞流之间的判别式为式（３）。
对于室温20℃空气，粘滞流、粘滞-分子流和分子流之间的判别式是（４）。
稀薄气体动力学稀薄气体动力学是研究稀薄气体在流动过程中的物理学规律的一门学科。
它主要涉及到气体的运动、传输、化学反应等方面，是研究大气层、太空等环境下的运动物理学和化学问题的基础。
本文将从以下几个方面详细介绍稀薄气体动力学的相关知识。
一、稀薄气体的定义和特性稀薄气体指的是分子间距离相对较大，分子数密度较低，分子之间相互作用力相对较弱的气体。
在常温常压下，空气可以看作是一个稠密度为1.2 kg/m³的理想气体，但在高空或真空条件下，空气就会变得十分稀薄。
稀薄气体具有以下特性：1. 分子之间距离较大，碰撞概率小，因此分子间相互作用力较弱。
2. 分子之间存在着碰撞和散射现象，在碰撞过程中能量和动量会发生转移。
3. 稀薄气体具有高速运动性质，在高速流动时会产生各种非平衡现象。
4. 稀薄气体的热传导和动量传递效率较低，因此热和动量的传递速度较慢。
二、稀薄气体的运动方程稀薄气体的运动方程是描述气体在运动过程中各种物理量随时间和空间变化规律的数学公式。
常见的稀薄气体运动方程有以下几种：1. 纳维-斯托克斯方程（NS方程）NS方程是描述流体力学中粘性流体运动规律的基本方程之一，也可以用来描述稀薄气体在流动过程中各个物理量随时间和空间变化规律。
NS方程包括连续性方程、动量守恒方程和能量守恒方程三个部分。
2. 博尔兹曼方程博尔兹曼方程是描述稀薄气体分子运动规律的基本方程，它可以用来计算稀薄气体在不同温度、压力下的物理性质。
博尔兹曼方程包括碰撞项和漂移项两个部分，其中碰撞项描述了分子之间的碰撞和散射过程，漂移项描述了分子在外场作用下的运动规律。
3. 热力学方程热力学方程是描述气体在温度、压力、体积等物理量变化时，各个物理量之间的关系和变化规律。
热力学方程包括状态方程、热力学第一定律和第二定律等多个部分。
三、稀薄气体流动的基本特性稀薄气体流动是指气体在外界作用下产生的各种流动现象，包括静压力、动压力、速度场等。
1、稀薄气体动力学的概念稀薄气体动力学和经典气体动力学一样，是气体动力学的一个分支。
它们都是将气体当作自身的研究介质，研究气体的宏观运动及与其它介质间的热化学与力学作用规律。
经典气体动力学是将气体当作一种连续的介质进行处理，属于连续力学的一个分支。
然而，当气体密度越小，也即气体越稀薄，一旦其平均分子自由程与宏观尺度L的比值达到某个限制值以上时，经典气体动力学的连续介质假设前提将不再成立，于是它的研究方法以及随之得到的结论都将失效。
这时，必须采用稀薄气体动力学的研究方法，通过研究气体分子的微观运动来给出气体宏观运动的描述。
钱学森早在1946年就提出远程飞行器最佳飞行高度约为96公里，并根据努森数将流动划分为连续流（Kn ＜0.01）、滑移流（0.01＜Kn＜0.1）、过渡流（0.1＜Kn＜10）与自由分子流（Kn＞10）四部分，并提倡大力研究稀薄气体动力学。
2、稀薄气体动力学应用前沿目前，稀薄气体动力学主要应用于载人航天领域。
由于临近空间位于航天器入轨与返回的必经区域，空间环境的特殊性决定了航天飞行器在穿越时必须考虑稀薄大气环境对飞行器气动力、防隔热、通讯及控制的影响。
同时，对于高超声速飞行器往往是具有尖锐前缘的乘波体外形，如HTV-2，X-51A等飞行器翼前缘及头部尖锐前缘热环境就必须考虑稀薄气体效应的影响。
除气动热预测外，过渡区稀薄气体效应对气动力的影响也不容小觑。
例如高超声速飞行器在小攻角再入条件下，飞行器各方向力矩特性、压心位置及控制面舵面效率对飞行稳定性至关重要。
即使稀薄气体效应对整体气动特性影响有限，但长航时飞行条件下的扰动积累仍会对飞行姿态与弹道产生影响。
近年来，由于微通道、微机电系统流动多具有多尺度的流动特征，连续流中往往存在局部稀薄效应，稀薄气体动力学在微机电行业也得到了广泛的运用。
3、稀薄气体动力学研究方法建立在稀薄气体动理论基础上的Boltzmann方程对气体从自由分子流到连续流进行了统一的描述，它在整个稀薄气体动力学中占据了中心位置。
