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“空气动力学是研究什么的空气动力学是一门研究空气流动规律和气流中物体所受到的气流作用力，或是物体以一定的速度在空气中运动时所受的力的科学。
它的目的在于解决实际的飞行器设计问题和飞行问题。
这门学问从它所包含的理论成分和实践成分来说，是介乎理学院和工学院之间的。
它是理论和实际相结合而产生丰硕果实的一个良好的范例。
在1882年莫查依斯基的第一架飞机成功之前，早在十八世纪就有了研究流体运动规律的流体力学(现在我们称为古典流体力学)，不过在很长的一段时间里，这种学问只是数学家的游戏，另一方面企图创造飞机的实践家则在几乎没有理论指导的情况下摸索、探寻。
在十九世纪八十年代有一个实践家甚至声称“就飞行问题来说，一直到今天，数学对我们是完全没有用处的”。
等到飞机成为现实之后，生产上迫切需要理论的指导，人们才发现看来纯数学的游戏原来是可以和飞行相结合的。
当然这结合并不是把已有公式简单地搬过来用，而是在已有的基础上，结合飞机飞行的具体问题再向前发展。
自从结合之后，随着航空事业的飞跃发展，空气动力学在这几十年之间也有了辉煌丰硕的成果。
飞机的速度从每小时三四十公里(比自行车不过快一倍)开始，经过短短的几十年间，今天已达到音速(在海面上每小时约1200公里)的两倍以上，这样的发展速度在机械工程历史上是空前的。
在这样惊人的事业中，空气动力学所作的贡献至少不低于其他任何一方面的航空技术。
看过“俄罗斯航空之父”那个电影的人都知道，在一千九百零几年的时候，世界上飞机已经造了不少了，可是对于飞机为什么会产生举力这一基本问题并没有了解，也不知道该用什么样的翼型，只有一点经验主义的根据，结果时常失事。
儒可夫斯基在1905年提出了机翼的环流理论，决定翼型应该是圆头尖尾巴的。
这样就解决了飞行的一个根本性的大问题。
牛顿曾按固体力学的方法推导过气流流过一个物体时物体上所受到的力，别人用他的办法推算和气流斜成一定角度的平板(类似于摆成一定斜角的机翼)所受到的力，这个力完全得自流过平板下面的那部份气流的动量变化率。
范德瓦尔斯气体分子中扰动运动特性研究范德瓦尔斯气体是一种在自然界中广泛存在的气体，由于其分子间存在范德瓦尔斯力，因此其分子运动特性与理想气体有所不同。
扰动运动作为气体分子的重要运动形式之一，在范德瓦尔斯气体中具有独特的性质。
本文将从分子动力学模拟的角度，探讨范德瓦尔斯气体分子中扰动运动的特性。
一、范德瓦尔斯气体分子运动特性简介范德瓦尔斯气体是一种非理想气体，其分子间存在范德瓦尔斯力，在气体状态下，范德瓦尔斯力与动能相同的情况下，会产生相对于理想气体更强的相互作用。
因此，范德瓦尔斯气体的动态特性与理想气体有所不同。
在范德瓦尔斯气体中，分子的运动形式一般分为平动、转动和振动。
其中平动是指分子在三维空间中的直线运动；转动是指分子在三维空间中绕着自己的轴进行旋转运动；振动则是指分子内部原子之间的相互作用，导致分子产生微小的振动。
除了以上常见的运动形式外，扰动运动也是气体分子运动的一个重要表现形式。
在扰动运动中，气体分子会受到周围分子的碰撞作用，产生微小的扰动，从而影响气体的动态特性和热力学性质。
二、范德瓦尔斯气体分子扰动运动的模拟方法范德瓦尔斯气体分子中扰动运动的模拟方法主要有两种：分子动力学模拟和玻尔兹曼方程模拟。
分子动力学模拟是一种基于经典力学的数值计算方法，可以模拟气体分子的运动轨迹和相互作用等动力学特性。
该方法基于分子间作用势函数，通过数值计算得到分子的位置、速度和受力情况。
相比而言，玻尔兹曼方程模拟则是一种更为复杂的数学模型。
该模型描述了气体分子在空间中的运动状态，以及其在碰撞过程中能量、动量等物理量的变化。
通过求解玻尔兹曼方程，可以得到气体的宏观状态量，如压力、温度等。
三、范德瓦尔斯气体分子扰动运动特性的研究进展在范德瓦尔斯气体分子的扰动运动特性研究方面，国内外学者们已经取得了不少成果。
以下是一些典型的研究成果：（一）范德瓦尔斯气体分子扰动运动的时间尺度在范德瓦尔斯气体中，气体分子的扰动运动的时间尺度与其它运动形式相比较短，通常为纳秒级别。
流体力学与空气动力学流体力学与空气动力学是研究流体运动规律和空气在运动中所受力学影响的学科。
流体力学是力学的一个重要分支，研究流体的运动规律和性质，包括液体和气体。
而空气动力学则是流体力学的一个特殊领域，专门研究空气在运动中所受的力学影响，尤其是在飞行器设计和空气动力学性能方面的应用。
本文将从流体力学和空气动力学的基本概念、应用领域以及未来发展趋势等方面进行探讨。
一、流体力学基本概念流体力学是研究流体静力学和流体动力学的学科。
流体静力学研究静止流体中的压力分布和力的平衡条件，而流体动力学则研究流体在运动中的力学性质。
流体包括液体和气体，其特点是没有固定的形状，能够流动并填充容器。
流体力学的基本方程是连续性方程、动量方程和能量方程，通过这些方程可以描述流体的运动规律和性质。
在流体力学中，流体的运动可以分为层流和湍流两种状态。
层流是指流体沿着流线有序地流动，流速分布均匀，流线间没有明显的交错和混合现象；而湍流则是指流体运动呈现混乱、不规则的状态，流速分布不均匀，流线间有交错和混合现象。
湍流状态下流体的阻力较大，能量损失也较多，因此在工程实践中需要尽量减少湍流的发生，以提高系统的效率和性能。
二、空气动力学基本概念空气动力学是研究空气在运动中所受的力学影响的学科，是流体力学的一个重要分支。
空气动力学主要应用于飞行器设计、空气动力学性能分析、空气动力学实验等领域。
在空气动力学中，流体的密度、速度、压力等参数对飞行器的飞行性能有着重要影响，因此需要通过数值模拟、实验测试等手段来研究和分析空气动力学性能。
空气动力学的基本方程包括连续性方程、动量方程和能量方程，通过这些方程可以描述空气在运动中所受的力学影响。
在飞行器设计中，空气动力学性能是一个重要的考虑因素，包括升力、阻力、侧向力等参数的计算和优化，以确保飞行器具有良好的飞行性能和稳定性。
三、流体力学与空气动力学的应用领域流体力学与空气动力学在工程领域有着广泛的应用，涉及航空航天、汽车工程、船舶工程、建筑工程等多个领域。
空气动力学与气动力学研究进展空气动力学和气动力学是研究飞机、火箭、汽车、风力机等在气流中的运动规律的学科。
随着现代科技的发展，这两个学科越来越受到关注和重视。
本文将探讨空气动力学和气动力学领域的研究进展。
一、空气动力学的研究进展空气动力学是研究物体在空气中运动的规律的学科，包括物体在空气中的阻力、升力、侧向力、滚转力等方面。
空气动力学涉及多个领域，如机械、航空、航天、汽车等。
近年来，随着技术的飞速发展，空气动力学领域也相应地取得了很多研究进展。
1. 数值模拟技术的应用在空气动力学研究中，数值模拟技术的应用越来越广泛。
基于计算流体力学（CFD）的数值模拟技术，可以模拟物体在大气中的运动，预测飞机、航天器等的性能参数，用于优化设计和改进性能。
数值模拟技术还可以对物体的气动特性进行研究，为制定相应的控制策略提供基础。
2. 小型飞行器的研究空气动力学领域的研究还包括小型飞行器的设计和研制。
小型飞行器的出现，让人们可以更加方便地探索大气层和地面的情况。
在小型飞行器的制造中，采用了先进的材料和先进的设计方法，使得小型飞行器的性能不断提升。
小型飞行器可以应用于许多领域，如制作无人机、研究大气层的科学也具有很大的潜力。
二、气动力学的研究进展气动力学是研究气体在物体表面的运动规律的学科，涉及气体的流动、压力、温度等参数。
气动力学的研究领域广泛，如空气动力学、水动力学、地面气动力学等。
在现代工业中，气动力学的应用越来越广泛。
1. 风力发电的研究在气动力学领域，风力发电是一个较为成熟的研究方向。
风力发电是一种利用风能来转动发电机产生电能的技术。
在风力发电的研究中，气动力学的原理被广泛应用。
研究人员通过对气流的流动规律进行分析和模拟，设计出效率更高的风力发电机，并优化风电场布局，提高发电效率。
2. 汽车空气动力学的研究汽车空气动力学的研究是为了减小汽车的空气阻力，提高汽车的燃油经济性。
汽车的空气阻力是汽车行驶时所受到的气体力学阻力，越大则汽车的油耗也越大。
空气动力学崔尔杰*(中国航天科技集团第701研究所)本文简要回顾空气动力学发展的历史及其在航空航天飞行器研制中的作用，对现代空气动力学新的发展趋势和新一代航天飞行器研制中可能遇到的关键气动力问题进行探讨和分析，并对今后发展提出看法。
一、 空气动力学与航空航天飞行器发展空气动力学是研究空气和其他气体的运动规律以及运动物体与空气相互作用的科学，它是航空航天最重要的科学技术基础之一。
1． 空气动力学推动20世纪航空航天事业的发展1903年莱特兄弟研制成功世界上第一架带动力飞机，实现了人类向往已久的飞行梦想。
为了研制这架飞机，他们进行过多次滑翔试验，还为此建造了一座试验段为0.01m 2的小型风洞。
正是这些努力，加上综合运用早期的空气动力学知识，最终获得了成功。
20世纪初，建立在理想流体基础上的环量和升力理论以及普朗特提出的边界层理论奠定了低速飞机设计基础，使重于空气的飞行器成为现实。
40年代中期至50年代，可压缩气体动力学理论的迅速发展，以及对超声速流中激波性质的理论研究，特别是跨音速面积积律的发现和后掠翼新概念的提出，帮助人们突破“音障”，实现了跨音速和超音速飞行。
50年代中期，美、苏等国研制成功性能优越的第一代喷气战斗机，如美国的F-86、F-100，苏联的米格-15、米格-19等。
50年代以后，进入超音速空气动力学发展的新时期，第二代性能更为先进的战斗机陆续投入使用，如美国的的F-4、F-104，苏联的米格-21、米格-23，法国的幻影-3等。
1957年苏联发射第一颗地球人造卫星和1961年第一艘载人飞船“东方号”升空，被认为是空间时代的开始。
美、苏两国在战略导弹和航天器发展方面的激烈角逐，促使超音速和高超音速空气动力学得到迅速发展。
两个超级大国都投入巨大力量，致力于发展地面模拟设备，开邻近高超出音速空气动力学和空气热力学的研究。
航天方面的研究重点放在如何克服由于高超音速飞行和再入大气层，严重气动加热所引起的“热障”问题上在钱学森先生倡导下诞生了一门新的学科，即物理力学，为航天器重返大气层奠定了科学基础。
空气动力学基础知识目录一、空气动力学概述 (2)1. 空气动力学简介 (3)2. 发展历史及现状 (4)3. 应用领域与重要性 (5)二、空气动力学基本原理 (6)1. 空气的力学性质 (7)1.1 气体状态方程 (8)1.2 空气密度与温度压力关系 (8)1.3 空气粘性 (9)2. 牛顿运动定律在空气动力学中的应用 (10)2.1 力的作用与动量变化 (11)2.2 牛顿第二定律在空气动力学中的体现 (13)3. 空气动力学基本定理 (14)3.1 伯努利定理 (15)3.2 柯西牛顿定理 (16)3.3 连续介质假设与流动连续性定理 (17)三、空气动力学基础概念 (18)1. 流体力学基础概念 (19)1.1 流速与流向 (20)1.2 压力与压强 (21)1.3 流管与流量 (22)2. 空气动力学特有概念 (23)2.1 空气动力系数 (25)2.2 升力与阻力 (26)2.3 空气动力效应与稳定性问题 (27)四、空气动力学分类及研究内容 (28)1. 空气动力学分类概述 (30)2. 理论空气动力学研究内容 (31)一、空气动力学概述空气动力学是研究流体（特别是气体）与物体相互作用的力学分支，主要探讨流体流动过程中的能量转换、压力分布和流动特性。
空气动力学在许多领域都有广泛的应用，如航空航天、汽车、建筑、运动器材等。
空气动力学的研究对象主要是不可压缩流体，即流体的密度在运动过程中保持不变。
根据流体运动的特点和流场特性，空气动力学可分为理想流体（无粘、无旋、不可压缩）和实际流体（有粘性、有旋性、可压缩）两类。
在实际应用中，理想流体问题较为简单，但现实生活中的流体大多具有粘性和旋转性，因此实际流体问题更为复杂。
空气动力学的基本原理包括牛顿定律、质量守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律等。
这些原理构成了空气动力学分析的基础框架，通过建立数学模型和求解方程，可以预测和解释流体流动的现象和特性。
流体力学的发展现状流体力学是研究流体力学性质和行为的学科，涉及流体的运动、力学和热力学等方面。
随着科技的不断发展，流体力学在各个领域都有着广泛的应用，如航空航天、海洋工程、能源领域等。
本文将介绍流体力学的发展现状。
一、数值模拟技术在流体力学中的应用1.1 数值模拟技术的发展随着计算机技术的不断进步，数值模拟技术在流体力学中得到了广泛应用。
1.2 流体动力学模拟数值模拟技术可以模拟流体的运动状态和流场分布，帮助工程师优化设计。
1.3 求解流体方程的数值方法数值方法的发展使得求解流体方程变得更加高效和精确。
二、多相流体力学的研究进展2.1 多相流体的特性和行为多相流体力学研究不同相态流体的相互作用和运动规律。
2.2 气液两相流体力学气液两相流体力学在核工程、石油工程等领域有着重要应用。
2.3 多孔介质流体力学多孔介质流体力学研究地下水流动、油藏开采等问题。
三、激光测量技术在流体力学中的应用3.1 激光多普勒测速技术激光多普勒测速技术可以实时测量流体的速度和流场分布。
3.2 激光干涉技术激光干涉技术可以用于测量流体的密度和压力分布。
3.3 激光诊断技术激光诊断技术可以实时监测流体的性质和变化。
四、流体力学在航空航天领域的应用4.1 飞行器气动力学流体力学在飞行器气动设计和性能优化中起着关键作用。
4.2 涡流控制技术涡流控制技术可以改善飞行器的气动性能和稳定性。
4.3 高超声速气动力学高超声速气动力学研究在超音速飞行器设计中具有重要意义。
五、流体力学在能源领域的应用5.1 水力学水力学研究水流动的规律和水力发电技术。
5.2 气体动力学气体动力学研究气体的流动和燃烧过程，应用于燃气轮机等领域。
5.3 流体力学在核能领域的应用流体力学在核反应堆设计和安全评估中发挥着重要作用。
总结：流体力学作为一门重要的学科，正在不断发展和完善。
数值模拟技术、多相流体力学、激光测量技术等新技术的应用为流体力学研究带来了新的机遇和挑战。
空气动力学崔尔杰*(中国航天科技集团第701研究所)本文简要回顾空气动力学发展的历史及其在航空航天飞行器研制中的作用，对现代空气动力学新的发展趋势和新一代航天飞行器研制中可能遇到的关键气动力问题进行探讨和分析，并对今后发展提出看法。
一、空气动力学与航空航天飞行器发展空气动力学是研究空气和其他气体的运动规律以及运动物体与空气相互作用的科学，它是航空航天最重要的科学技术基础之一。
1．空气动力学推动20世纪航空航天事业的发展1903年莱特兄弟研制成功世界上第一架带动力飞机，实现了人类向往已久的飞行梦想。
为了研制这架飞机，他们进行过多次滑翔试验，还为此建造了一座试验段为0.01m2的小型风洞。
正是这些努力，加上综合运用早期的空气动力学知识，最终获得了成功。
20世纪初，建立在理想流体基础上的环量和升力理论以及普朗特提出的边界层理论奠定了低速飞机设计基础，使重于空气的飞行器成为现实。
40年代中期至50年代，可压缩气体动力学理论的迅速发展，以及对超声速流中激波性质的理论研究，特别是跨音速面积积律的发现和后掠翼新概念的提出，帮助人们突破“音障”，实现了跨音速和超音速飞行。
50年代中期，美、苏等国研制成功性能优越的第一代喷气战斗机，如美国的F-86、F-100，苏联的米格-15、米格-19等。
50年代以后，进入超音速空气动力学发展的新时期，第二代性能更为先进的战斗机陆续投入使用，如美国的的F-4、F-104，苏联的米格-21、米格-23，法国的幻影-3等。
1957年苏联发射第一颗地球人造卫星和1961年第一艘载人飞船“东方号”升空，被认为是空间时代的开始。
美、苏两国在战略导弹和航天器发展方面的激烈角逐，促使超音速和高超音速空气动力学得到迅速发展。
两个超级大国都投入巨大力量，致力于发展地面模拟设备，开邻近高超出音速空气动力学和空气热力学的研究。
航天方面的研究重点放在如何克服由于高超音速飞行和再入大气层，严重气动加热所引起的“热障”问题上在钱学森先生倡导下诞生了一门新的学科，即物理力学，为航天器重返大气层奠定了科学基础。
空气动力学作文空气动力学研究中面临的挑战与机遇空气动力学是研究物体同气体作相对运动情况下的受力特性、气体流动规律和伴随发生的物理化学变化,在流体力学基础上,随着航空工业和喷气推进技术的发展而成长起来的一个学科。
空气动力学的发展对于航空航天飞行器的研制有着极为重要的意义,是航空航天最重要的科学技术基础之一,对国家安全、经济发展、社会和谐都有着重要和用。
在过去一段时间里,由于航空工业的相对成熟,关于航空领的研究更多的集中于如何通过改进制造过程降低成本,而不再将主要力量投入新技术的研究,但随着国际形势的日益严峻、信息化程度的提高以及航空运输对安全性经济性的要求,航空技术研究面临着更多更新的挑战,使得全球重新提高了对航空技术研究的关注程度。
作为航空航天技术的重要基础学科之一的空气动力学,也面临着全新的机遇和挑战。
1 空气动力学研究意义和研究现状1.1 空气动力学研究意义人们最早对空气动力学的研究可以追溯到人类对鸟或弹丸在飞行时的受力和力的作用方式的种种猜测,但真正形成独立学科是在20世纪航空事业的迅速发展之后,是在经典流体力学中发展并形成的新的分支,并且迅速成为发展航空航天各类飞行器的重要基础科学和关键技术,推动整个人类航空航天事业的发展,成为航空航天事业发展的基础。
如今,空气动力学已经不再仅只是应用于航空航天领域,还被应用于环境保护、公路交通、铁路交通、冶金、建筑、体育等众多领域,对整个人类社会的发展与进步都有着极为深远的影响。
1.2 空气动力学研究现状在20世纪90年代,随着航空工业的迅速发展,使得航空工业整体技术程度相对于其它行业都成熟许多,基于此种原因,在较长一段时间里学界多认为航空工业已经走向成熟,尤其是空气动力技术基础技术方面,因此航空工业的研究将更多的集中于成本费用的降低,而减少了对应用技术的研究重视程度,使得空气动力学的研究相对缓慢。
进入21世纪以后,随着计算机技术、通信技术、飞机设计技术等的发展,人们重新重视起了空气力学的研究,使得空气动力学得到了较好的发展。
空气动力学的新进展和应用近年来，空气动力学领域的研究和应用取得了重大进展。
空气动力学作为一门理论和实践相结合的学科，涉及到飞行器、汽车、船舶、建筑、风力发电等各个领域，对于提高交通运输效率、降低能源消耗、改善环境质量等方面具有重要意义。
一、空气动力学的基本原理空气动力学是研究气体流动对物体运动和稳态的影响的科学。
其中，气体流动指的是气体在时间和空间上的变化，而物体运动和稳态指的是物体在气体中运动时产生的阻力、升力等力的作用以及物体的平衡和稳定性。
在空气动力学中，研究最广泛、最深入的问题是流体力学和气体动力学。
流体力学是研究流体(包括气体和液体)在不可压缩情况下的流动规律，其中包括湍流、粘性、速度、压力、动能等相关问题。
气体动力学则是研究在可压物流中流体的运动规律。
二、空气动力学的新进展1. 数值模拟随着计算机技术和计算方法的发展，数值模拟已经成为了空气动力学研究中非常重要的工具。
通过数值模拟，可以非常直观地看到物体在不同流速下的流场分布、阻力系数、升力系数等信息。
同时，数值模拟还可以对流体的物理特性进行分析和预测，为设计新型飞行器、汽车等提供重要依据。
2. 新型材料新型材料在空气动力学中的应用也得到了广泛的关注。
随着材料科学和工艺技术的不断进步，新型材料的着陆架设计与优化方案越来越多地被应用于飞行器领域。
尤其是碳纤维复合材料，其密度轻、强度高、品质优良的特性，对于空气动力学领域的研究与发展起到了巨大的推动作用。
3. 创新设计创新设计也是空气动力学研究中的热门话题之一。
其核心思想在于将非常规的概念应用于新型飞行器、汽车等领域。
例如，翼型颠倒设计大大减小了阻力系数，增加了升力系数，从而可以提高飞机的飞行效率和航程。
三、空气动力学的应用1. 飞行器航空工业是空气动力学应用的重要领域之一。
空气动力学的研究成果被广泛应用于飞行器的设计和制造中，如研发新型飞机、降低飞机的空气阻力等。
2. 汽车工业汽车工业领域中空气动力学的应用主要涉及到汽车外形优化、空气动力学测试以及制造等方面，三者之间密不可分。
空气动力学理论在飞机设计中的应用与研究（一）空气动力学理论介绍空气动力学是研究物体在气体中运动时所受到的力和运动状态的科学，主要应用于飞机、导弹等空气动力学工程中。
它是在物理、数学等学科的基础上建立起来的，涉及流体力学、热力学、动力学等多个学科。
它主要研究空气的流动规律以及物体在空气中所受到的各种力和力矩。
（二）空气动力学理论在飞机设计中的应用1. 飞机机身设计在飞机机身设计中，空气动力学是最为关键的一项技术。
设计师必须考虑飞行时空气流动的速度、流向和动压等因素，并针对这些要素设计出最优化的机身形状和气动外形。
通过模拟飞机在飞行中的速度和空气流动，可以获得更加准确的数据，最终确定飞机的外形和表面粗糙度。
2. 翼型设计在飞机的翼型设计中，空气动力学起着至关重要的作用。
设计师需要考虑翼型的稳定性、提供升力的效率以及减小升阻比的目标等因素。
翼型的设计需要经过反复实验和模拟计算，以获得最优化的设计效果。
空气动力学模拟可以提供精确的数据，帮助工程师预测飞机在飞行中所受到的气动力，并为翼型设计的改进提供理论支持。
3. 飞机机翼设计飞机机翼的设计涉及到许多因素，如升力、阻力、滚转、俯仰等等。
空气动力学理论可以对这些因素进行计算和分析，并帮助工程师制定出更有效的设计方案。
在机翼设计中，通常需要进行一系列的模拟计算和实验验证，以获得最佳的设计参数。
4. 垂直尾翼设计垂直尾翼在飞机的侧向控制中起着重要的作用。
设计师需要考虑翼面尺寸、形状、倾斜角度、扶正器的位置等因素。
空气动力学理论可以帮助工程师进行模拟计算和实验验证，以确定最优化的设计方案，提高飞机的侧向控制性能。
（三）空气动力学理论在飞机设计中的研究进展随着空气动力学理论的不断发展和应用，各国的空气动力学领域的研究也在不断地深入和扩张。
目前，基于空气动力学理论的飞机设计和研究已经成为了一个极其重要的领域。
1. 模拟计算的应用范围不断扩大随着计算机科学技术的发展，越来越多的模拟计算被应用于飞机设计和研究。
玻尔兹曼方程与气体动力学气体动力学是研究气体运动和相互作用的物理学分支。
而玻尔兹曼方程则是研究气体分子运动规律的基础方程。
本文将探讨玻尔兹曼方程与气体动力学之间的关系，以及这两者在科学领域的重要性。
首先，让我们简要概括一下气体动力学的基本概念。
气体分子在气体内部不断碰撞并运动，它们的运动轨迹受到多种力的作用，例如分子间的吸引和斥力以及外部力的影响。
气体动力学描述了这些分子间相互作用的规律，研究气体分子的运动状态以及与温度、压力等物理量的关系。
随着科学的发展，人们对气体动力学的理解越来越深入。
玻尔兹曼方程的出现极大地推动了气体动力学的发展。
玻尔兹曼方程是描述气体分子运动的概率分布的偏微分方程，它的推导基于统计力学的原理。
该方程通过考虑气体分子的速度分布和碰撞频率，能够预测气体的宏观运动性质，例如温度、压力和密度等。
玻尔兹曼方程可以用来解释气体的多种行为，如弥散、传导、扩散等。
这些行为与分子之间的相互作用以及分子速度分布的变化有关。
通过数值模拟和实验验证，科学家们可以利用玻尔兹曼方程来研究和理解气体的动力学行为，从而推动相关技术的发展。
除了气体动力学，玻尔兹曼方程还在其他领域中发挥着重要的作用。
在凝聚态物理学中，该方程被用于研究固体和液体中的粒子行为。
在等离子体物理学中，该方程被用于描述高温等离子体中的离子与电子的相互作用。
这些领域的研究使得科学家们更好地理解了物质的基本性质和行为规律。
尽管玻尔兹曼方程对气体动力学的研究做出了重要贡献，但它也存在一些局限。
首先，该方程只适用于稀薄气体的情况，对于高密度气体和等离子体的描述效果较差。
其次，推导和求解玻尔兹曼方程的数学难度较大，需要复杂的数值计算和近似处理。
在近年来的研究中，科学家们不断改进和发展了玻尔兹曼方程。
基于对气体动力学的深入理解和数值计算的进展，研究人员开发出了一系列改进的模型和方法。
这些新颖的模型可以更准确地描述气体的动力学行为，推动着气体动力学的发展。
空气动力学研究进展一、前言空气动力学（Aerodynamics）是研究物体在空气中运动时所产生的力学现象和规律的学科。
在航空、汽车、风能等领域中具有重要作用。
本文将介绍空气动力学的研究进展及其应用。
二、流体力学基础知识在介绍空气动力学的研究进展之前，我们需要了解一些流体力学的基本概念。
1. 流体流体是指具有流动性质的物质，包括液体和气体。
与固体不同，流体的分子之间没有固定的关系，因此流体容易变形和流动。
2. 流场流场是指由流体组成的空间中的某个属性分布情况，通常是流速或压力的分布。
3. 流量流量指的是在单位时间内通过某个截面的液体或气体的体积，通常用单位时间内通过某个截面的流体质量表示。
4. 雷诺数雷诺数是评估流体力学现象的一个重要参数，其大小决定着流场的稳定性和湍流程度。
通常用流体的密度、粘性、流速和特征长度等参数计算得出。
三、研究进展1. 风洞实验风洞实验是研究空气动力学的重要手段之一。
风洞是模拟大气中空气流动的装置，通过调整风速、温度和湿度等参数，研究不同速度下物体的受力情况。
随着计算机技术的提高，风洞模拟已逐渐取代了实际飞行试验，从而降低了研究成本并提高了研究效率。
2. 数值模拟数值模拟是利用计算机对流场进行模拟计算的方法，广泛应用于工程、航空、汽车等领域。
数值模拟方法可以通过数学模型描述流动规律，并用计算机进行模拟计算，得出所需的流场参数。
随着计算机技术的进步，数值模拟方法已经可以高效、准确地模拟各种复杂的空气动力学现象。
3. 车辆气动学车辆气动学指的是研究车辆在运动中所受到的空气力的学科。
在汽车工业中，优化车辆的空气动力性能可以提高汽车的燃油效率和行驶稳定性，并减少空气阻力和噪音污染。
在车辆设计中，应用数值模拟方法进行气动优化已经成为了常见的做法。
4. 航空气动学航空气动学是研究飞机等航空器在空气中运动时所产生的力学现象和规律的学科。
航空气动学研究对于飞机的设计与制造具有非常重要的作用。
一、引言在高校教育改革不断深入的大环境下，传统的力学类课程在教学体系、教学内容和教学手段等方面均难以满足对“00后”大学生的培养需求，因此对于高校课程改革势在必行[１-３]。
力学类课程是众多学科的起点与基础，其中的气体动力学大量运用于航空航天学科中，是我国航空航天事业取得突破进展的重要理论基石与技术储备。
此外，“气体动力学”课程也是新一代大学生认识世界、理解世界，将自身的知识结构由固体拓宽至气体的重要引导课程[４]。
学生对固体的理解远高于气体，这主要是由于固体是形象的，可以随处看到。
我们从小学开始便在接触各种各样与固体相关的力学问题，然而对于流体，尤其是气体相对固体更加抽象的特征，通常表现为“看不见”“摸不着”的物理本质，且在大学学习之前极少开展系统学习，这对于习惯于固体思维的当代大学生而言具有一定的理解障碍。
此外，由于气体的复杂性，在“气体动力学”的授课过程中，通常充斥着各种样式的全微分方程与偏微分方程，导致学生在学习之前就不可避免地产生了排斥心理。
因此，探索新的适用于“00后”大学生的气体动力学教学方式已成为亟待解决的问题。
“00后”大学生已逐渐成为新时代大学教育的主体。
作为在互联网、移动终端环境下成长起来的新时代大学生，他们有着与以往大学生截然不同的学习特点。
由于游戏、动漫、电影的易得性，“00后”大学生很难长时间地沉浸于生僻理论与公式的学习与研究中，这恰恰是以“气体动力学”为代表的强理论性课程所必须具备的基本特质。
此外，受微博、朋友圈、抖音等“短媒体”平台的影响，学生的学习耐心与兴趣进一步受到影响，更加习惯于汲取碎片化信息。
究其本质在于“短媒体”在极短的时间内给予观看者一个强烈的视觉信号，从而激发观看者的兴趣。
笔者认为，企图从根源杜绝该现象较为困难。
我们虽然可以限制学生的手机使用时间和上网时间，然而该现象是时代发展、科技进步导致的附带结果，不能简单地断言为缺点或优点，应该辩证地看待。
作为当代高校教师，既然无法从根源上改变该现象，就应该思考如何利用该现象来促进教学质量的提升，充分研究当代大学生的学习特点，从而提高自己、改变自己，让教师更好面向“00后”的气体动力学教学方法研究李怡庆，徐义华（南昌航空大学飞行器工程学院，江西南昌330063）［摘要］“00后”作为新时代大学生的主体是在互联网技术飞速发展的环境下成长的。
第十九届中国空气动力学物理气体动力学学术交流会在甘肃张掖顺利召开2019年7月25日至28日，第十九届中国空气动力学物理气体动力学学术交流会在甘肃张掖召开。
该会议每两年举办一次，此次会议由中国空气动力学学会物理气体动力学专业委员会主办，中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室承办。
该会议的目的是交流近两年来在空气动力学物理气体动力学研究领域所取得的进展和成果，为今后的发展开拓思路。
来自全国各地的120多位科研人员和研究生参加了此次会议。
26日上午，会议开幕式由物理气体动力学专委会副主任、中国科学院力学研究所李新亮研究员主持。
国家自然科学基金委员会数理学部主任江松院士，北京应用物理与计算数学研究所科技委主任应阳君研究员，专委会副主任、厦门大学许传炬教授，专委会副主任、中国空气动力研究与发展中心譚宇副研究员分别致辞。
北京应用物理与计算数学研究所党委书记丁永坤研究员、中国空气动力研究与发展中心杨顺华研究员、北京应用物理与计算数学研究所王裴研究员、厦门大学沈捷教授、中国科学院力学研究所姚卫副研究员分别在大会上做了精彩的特邀报告。
本次会议共收到72篇稿件，安排了70个分组报告，分组报告设置两个分会场同时进行，其主题涉及范围包括：激光等离子体相互作用，爆轰物理，湍流和复杂流动，非牛顿流、多相流、反应流、稀薄流，流体力学的界面不稳定性和湍流混合，流体力学计算方法、并行算法和应用软件等。
报告安排紧凑，涉及领域宽广，学术水平很高，各参会代表交流讨论非常激烈。
本次会议展示了近两年来我国物理气体动力学在理论、实验及计算研究领域取得的最新成果，使得学术交流会成为启发思路和交流成果的平台。
本次会议设立青年优秀论文奖，经评委投票，最终6位青年才俊获奖，获奖人分别为：中国科学院力学研究所闫政，北京应用物理与计算数学研究所李理、郑欢及孟宝清，中国科学技术大学祝国旺和张嘉炜。
参会代表合影开幕式现场嘉宾致辞（依次为江松、李新亮、应阳君、许传炬、谭宇）会议现场大会特邀报告人（依次为：丁永坤、杨顺华、王裴、沈捷、姚卫）颁奖现场。
物理教案分享：焦耳定律的历史渊源与研究进展焦耳定律，也称为焦耳第一定律，是热力学中最基本的定律之一，指出能量转化的总量不变，只是能量的形式改变。
该定律不仅应用广泛，而且在工程、生物学和环境科学等领域也有很重要的应用。
今天我们将深入探讨焦耳定律的历史渊源与研究进展。
一、焦耳定律的历史渊源焦耳定律的历史可以追溯到19世纪初，当时英国的物理学家詹姆斯·普雷斯科特·焦耳正致力于研究电子运动和热量传递。
焦耳定律最初是在焦耳进行实验研究时，他发现在电流通过电阻器时，电能会被转化为热能，从而产生了电阻加热的现象。
经过多次实验，他得出了热量与电流、电阻、时间之间的关系。
1845年，他正式提出了这条定律并发表在了《卡尔迈克尔学报》上。
焦耳定律的本质是能量守恒定律，它指的是一系统内的能量总量不变，即能量不能被毁灭，只能从一种形式转化为另一种形式。
如图1所示，当一个物体被加热时，它会吸收热量Q，其内能增加ΔU。
如果该物体还具有运动能量，则由热能转化为动能或作用力。
同样的，当一个物体被冷却时，它会失去热量Q，内能减少ΔU。
当失去的热量有机会被另一个物体吸收时，则能量将从热能转化为其他形式的能量，如电能。
二、焦耳定律的研究进展焦耳定律的研究并不止于实验，还涉及到很多理论分析和计算方法。
下面我们将介绍焦耳定律的一些应用和研究进展。
1.焦耳定律的应用1）发电机早在1881年，法国物理学家范德格拉夫在他的研究中使用了焦耳定律。
他发现，当电流经过一台电动机时，机械能将被转化为电气能，并且在电路中形成了感应电流。
基于这个实验，发电机的基本原理得以建立，并且被广泛应用于电力工业。
2）热机热力学的发展和焦耳定律的应用使得热机的工作和性能得到了显著的提高。
热力学家们设计出了许多种不同类型的热机，如蒸汽机和内燃机。
这些热机的设计和工作原理都基于焦耳定律。
3）空调空调利用了焦耳定律的原理。
当空气被暖气器加热时，它会吸收热量，并通过传导、对流和辐射等方式传递到室内的其他物体和空气中。
大气物理学的发展与趋势大气物理学是研究大气运动、热力学、化学和辐射，以及大气与地表、海洋、生态系统之间相互作用的一门学科。
它在气象预报、风险防控、环境保护等领域都有重要的应用。
本文将从大气物理学的历史、理论基础和未来发展趋势三个方面来探讨这门学科的发展。
一、历史大气物理学的历史可以追溯到19世纪初，当时人们还不知道大气的构成和性质。
1824年，法国科学家吉列莫·德·比耶特发现了对流的存在，开创了对流层物理学的研究。
1856年，英国气象学家伊萨克·纽顿发现了居住在大气中的气态微粒，并且研究了它们对太阳辐射的影响。
20世纪初，大气物理学逐渐成为一个独立的学科。
1926年，挪威气象学家比约尔克·滕斯提尔在巴尔的摩举行的一次国际气象学会议上提出了“第一大气层”和“第二大气层”的概念。
1930年代，大气物理学取得了一系列突破性的进展，包括雷达的发明和气象卫星的应用。
二战期间，气象学在军事行动中扮演了重要角色。
二、理论基础大气物理学的理论基础主要包括热力学、动力学、辐射学和化学。
热力学主要研究了大气中温度、压强、密度和湿度等参数的分布规律，以及它们在大气中的变化过程。
动力学主要研究了大气的运动过程，包括大气的垂直运动、切向运动和旋转运动等。
辐射学研究的是太阳辐射和地球辐射对大气的影响，以及大气对辐射的吸收、散射和反射。
化学则研究了大气中各种气体的分布和化学反应，以及它们对全球气候的影响。
三、未来发展趋势未来的大气物理学发展趋势主要集中在以下几个方面。
1. 模型发展：大气模型是大气物理学研究的重要工具。
未来的大气模型需要更高的空间分辨率和更多的物理参数，以提高气象预报的准确度。
2. 数据采集：随着传感器和探测器的迅速发展，未来可以采集到更丰富和更详细的大气数据，包括温度、湿度、气体组分、辐射等参数，有助于更准确地模拟和预测气象变化。
3. 跨学科交叉：大气物理学需要与其他学科进行紧密的合作，如地球科学、生态学和信息科学等，以进一步深入了解大气与其他领域的相互作用。
目录物理气体动力学研究进展 (2)1基础理论与前沿技术研究 (2)1.1高精度物性参数计算方法 (2)1.2宽温域气体状态方程理论 (3)1.3 高温高压爆轰精密爆轰建模 (4)1.4高温高压CFD方法 (4)1.4.1高精度数值格式 (4)1.4.2基于混合建模的多流体数值方法研究 (5)1.4.3 高温高压CFD软件 (5)1.5高温高压界面不稳定性与混合理论 (6)1.6气动物理学理论 (9)1.6.1气动-辐射学 (9)1.6.2气动-电磁学 (9)1.6.3气动-光学 (10)1.6.4气动-声学 (11)1.6.5气动流场干扰 (11)1.7等离子体利用技术 (12)1.7.1再入飞行器热防护设计中气动热环境预测 (12)1.7.2等离子体预测 (12)1.7.3等离子体流动控制 (12)1.7.4等离子体隐身技术 (18)1.8主动热防护技术 (18)1.8.1对流冷却技术 (18)1.8.2发汗冷却技术 (18)1.8.3气膜冷却技术 (18)2科研试验基础设备设施 (18)2.1 电弧风洞 (18)2.2 高频感应风洞 (18)2.3 爆轰激波风洞 (19)2.4 自由飞弹道靶 (19)3试验测试技术 (19)3.1 高温气体研究试验方法 (19)3.2 非接触高温气体光谱测试手段 (19)3.3 非接触温度测试手段 (19)3.4 火箭弹飞行试验技术 (19)3.5 等离子体电子密度、电子温度静电探针测量技术 (20)3.6 气动物理效应测试技术 (20)3.7 激波或加速度加载气体界面不稳定性实验方法 (20)4在国防与经济社会发展中的应用 (22)5展望 (22)物理气体动力学研究进展物理气体动力学是与经典气体动力学相对而言的，它的学科内涵是处理宏观流动现象时必须考虑微观物理特性或者需要用微观理论来解释宏观气流参数，它是气体动力学与物理力学交叉的技术学科。
近代工程技术经常面临着高温、高压等极端条件，例如，导弹、火箭、卫星、载人飞船、航天飞机等航天器再入大气层的飞行过程，惯性约束聚变、核武器中氘氚气体汇聚压缩时发生的聚变核反应过程等，这些流动气体的关键物质特性参数或状态方程难以通过实验手段给出，往往需要通过理论计算给予确定。
在确定这些高温、高压下的气体物质特性参数时，考虑到气体是由大量的原子、分子组成，组成气体的原子、分子的结构以及它们之间的相互作用，是气体在高温、高压等外因条件下物质性质发生变化的内因，因而可以根据气体在原子、分子层次的微观结构及其运动规律，利用近代物理学和近代化学的成就，通过理论分析和数值计算得出气体的宏观性质，并对其宏观现象和运动规律做出微观解释。
由于高温、高压条件下气体流动的物质特性参数必须通过近代非经典力学进行描述，因此物理气体动力学的基本学科包括：高速和超高速气体动力学、分子运动论、统计力学、化学热力学、量子力学、原子分子物理以及计算数学等。
可以说，物理气体动力学是近代力学应航天科技、核武器工程等国防尖端技术的迫切需要而发展起来的一门技术学科。
值得指出的是，物理力学作为力学的一个分支学科，最早由我国著名科学家钱学森先生在20世纪50年代首先提出，并在20世纪60年代初出版了其经典著作《物理力学》，涉及到物理固体动力学、物理液体动力学以及物理气体动力学等主要领域的学科内容，其中，由于气体本身性质更加简单而使得物理气体动力学领域更为完善。
稍后的20世纪60年代中叶，美国斯坦福大学的W. G. 维塞特与C. H. 小克鲁格出版了另一部重要著作《物理气体动力学引论》，深入浅出地介绍了高温气体动力学中出现的有关物理和化学方面的基础知识以及非平衡流动的一些基本特性。
进入20世纪80末期，美国马里兰大学的 John D. 小安德森出版了又一部重要著作《高超声速和高温气体动力学》，更加系统、深入地介绍了航天技术发展以来取得的高温气体动力学中相关物理、化学、高速流动方面的进展。
半个世纪以来，我国广大科技工作者在物理气体动力学涉及到的高精度物性参数计算方法、宽温域气体状态方程、高温高压CFD方法、高温高压爆轰精密爆轰建模、高温高压界面不稳定性与混合理论、气动物理学理论、等离子利用技术、主动热防护技术等方面取得了长足的进步，为推动我国国防科学技术进步做出了应用的贡献。
1基础理论与前沿技术研究1.1高精度物性参数计算方法对高温、高压条件下的气体流动进行理论分析或者数值模拟时必须预先知道气体的物质特性参数，这些关键的物性参数主要有：粘性系数、热传导系数、物质扩散系数、不透明度、辐射吸收和发射系数、电导率等。
北京应用物理与计算数学研究所广泛开展了物性参数研究。
通过修正Lennard-Jones势函数，计算获得了任意单一气体或混合气体的粘性系数、热传导系数、物质扩散系数。
通过发展的用平均原子自洽势计算等离子体的自由电子背景的思想，借助在Hartree-Fock-Slater自洽场原子结构中引入背景修正计算离子组态结构，为Boltzmann-Saha方程提供能级参数，再进行调节共同的背景电子实现Saha方程与Hartree-Fock-Slater方程的耦合，实现自洽求解等离子体细致组态原子结构从而提高Saha 方程的计算精度，进而计算获得高精度的气体等离子体的不透明度、辐射吸收和发射系数。
通过在Debye-Huckel模型中考虑等离子体环境下电子与离子间相互作用的屏蔽效应，并结合分波法计算不同Debye长度情况下电子与不同核电荷数离子散射的分波相移和微分散射截面，确定了散射波函数、分波相移和微分截面随等离子体屏蔽参数的变化规律，再运用Spitzer公式借助分波法计算获得了等离子体的电导率。
1.2宽温域气体状态方程理论气体的状态方程也是对气体流动进行理论分析或者数值模拟时必须预先知道的物质特性。
近代工程技术面临的气体温度范围十分宽泛，如航天器再入大气层时气体温度可达到数千度，核聚变反应时气体可超过一亿度，在这种宽泛温度范围内，气体状态方程的理论研究是一项非常具有挑战性的工作。
北京应用物理与计算数学研究所广泛开展了宽温域气体状态方程理论研究。
对温度为数千度以下的混合气体，发展了CHEQ程序，通过Gibbs自由能最小原理，借助化学平衡方程组求解混合气体的平衡组分，获得混合气体的平衡方程，并采用Van der Vaals等效单组分流体模型和硬球微扰理论软球修正模型，计算获得混合气体的状态方程。
该方法也可以给出气体分子在高温高压下的离解过程，较好地确定原分子之间和离解分子和原子相互作用势函数，与传统的由对应状态定律确定势函数参数的方法相比，该方法所得到的势函数参数在很宽的压强范围内都能很好地描述冲击实验。
对高温高压下出现部分离化或电离等复杂物理变化过程的混合气体，由于这种部分离化的电子-离子系统出现强耦合效应，即气体中一部分电子仍然被束缚在原子核周围，另一部分电子则处于游离状态，这种状态给理论描述气体分子运动带来了很大困难，针对气体这种部分离化状态特点，发展了一系列能够计算该状况下气体状态方程的物理模型。
建立了基于液体微扰论的化学图像模型，该模型能够比较好地描述物质从分子到原子、从原子到离子的离解和电离过程，其不足之处是它依赖于粒子之间的详细相互作用势；建立了基于经验模型上的离化电离平衡模型，这是一种近似的化学平衡模型，能够比较好地给出气体在该状况下的状态方程，其不足之处是它有一些经验参数需要由实验来确定；发展了平均原子模型，该模型在概念上极为简单，但它却是描述该状况下原子电离的很好模型；发展了INFERNO模型，该模型最大优点是通过对共振电子态进行特殊处理从而避免了电子电离带来的物理量跳跃，其不足之处主要是它没有考虑离子的热运动以及没有考虑其他离子对该电子离子的关联影响；发展了第一原理分子动力学和量子蒙特卡罗方法，这是两种计算部分离化或电离气体物态方程的有效方法，它们最大的特点是能够在量子力学框架内高效、准确地处理分子离解、原子电离等复杂的物理过程，同时能够对气体的电学性质、光学性质等输运特性做出很好的计算，但它们的最大缺点是模拟的粒子数多、计算量大，并且，量子分子动力学方法向高温条件推广有一定的困难，量子蒙特卡罗方法向多电子束缚态的低温条件推广有一定的困难。
1.3 高温高压爆轰精密爆轰建模爆轰是带剧烈化学反应的流体力学激波冲击流动现象。
在高温高压下，假设化学反应流动处于热力学平衡状态的经典的ZND模型往往不再成立，必须考虑化学反应过程中的热力学、动力学非平衡过程。
北京应用物理与计算数学研究所开展了考虑热力学、动力学非平衡过程的精密爆轰物理建模研究。
一个典型成果是构建一个适用于爆轰过程模拟的离散Boltzmann模型，该模型由一个离散Boltzmann方程和一个唯象反应率方程构成。
在物理建模上，它等效于一个传统Navier-Stokes模型外加一个关于热动非平衡行为的粗粒化模型，与传统流体模型相比，它能够提供更多的动力学和动理学信息。
该模型采用16个离散速度，相比于使用33个离散速度的模型具有更高的运算效率，模型中引入了额外自由度，通过调节额外自由度的数目，可以模拟各种不同比热比的爆轰。
采用爆轰问题中的一些经典算例对所建立的模型进行数值验证，结果表明:该模型不仅对传统流体模型所能模拟的爆轰问题有效，而且能够用于一些传统流体模型不能描述的非平衡过程，有利于对爆轰问题的深入认识。
另一个有意义的成果是在反应Euler方程组基础上通过考虑热学非平衡过程建立了一种多相流动的化学反应流体力学方法来模拟爆轰，该模型通过分析爆轰过程中的力学松弛过程以及热学松弛过程之间的特征变化关系，认为爆轰处于力学平衡状态和热学非平衡状态，并由混合组分的热学非平衡特性、组分内能守恒规则以及组分状态方程推导出组分的能量演化方程、组分的体积演化方程以及混合物的压力演化方程，这样同时也避免了不自洽定义混合物状态方程所带来的物理量非物理振荡。
从典型爆轰算例来看，该模型能够更好地预测爆轰传播过程中的关键特征，如Von Neumann尖峰和化学反应区物理量分布等。
1.4高温高压CFD方法高温高压条件下，辐射等因素成为重要能量形式，这时气体动力学转化为辐射气体动力学。
与经典气体动力学相比，辐射气体动力学有共性部分，更有其非常鲜明的特征，主要差别在于，辐射扩散或电子热传导引起能量重新分布，辐射所产生的内能和压力随温度、密度变化，内能、压力均由辐射部分和物质部分组成并且往往具有复杂表达形式。
在许多重要的实际应用中，多介质非平衡辐射气体动力学问题的重要特征是高温、高压、高密度比，物理过程是强非线性的、强耦合的、非平衡的和强非均匀的，并且，辐射气体动力学描述的时空尺度范围非常大，同时，由于辐射气体动力学的能量传输过程是一个非常复杂的过程，当关注的时间尺度远比电子-离子平衡时间以及电子-光子平衡时间短得多时，需要用不同的温度来表征等离子体中每一种组分的性质，其中将能量区分为辐射能量和电子、离子的能量，这三种能量的传输通过辐射输运与电子离子热传导进行，在传输过程中又要进行相互的转换，同时辐射和电子离子能量的变化导致辐射压和物质压强的非线性变化也影响气体的运动状态。
