流體力學(xué)分支和概述

1、班級：碩5015學(xué)號：2015/12/20目錄流體力學(xué)分支 2地球流體力學(xué) 2學(xué)科的形成 2研究的地球流體運(yùn)動(dòng)類型： 2水動(dòng)力學(xué) 4研究容 5水動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用 6氣動(dòng)力學(xué) 7容介紹 7滲流力學(xué) 9物理-化學(xué)流體動(dòng)力學(xué) 10研究對象 11研究容 11等離子體動(dòng)力學(xué)和電磁流體力學(xué) 12環(huán)境流體力學(xué) 12生物流變學(xué) 12流體力學(xué)分支流體是氣體和液體的總稱。在人們的生活和生產(chǎn)活動(dòng)中隨時(shí)隨地都可遇到流體。所以流體力學(xué)是與人類日常生活和生產(chǎn)事業(yè)密切相關(guān)的。地球流體力學(xué)流體力學(xué)的一個(gè)分支，研究地球以及其他星體上的自然界流體的宏觀運(yùn)動(dòng)，著重探討其尺度運(yùn)動(dòng)的一般規(guī)律。它是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一個(gè)新學(xué)科。ge

2、ophysical fluiddynamics按字義為地球物理流體力學(xué)”，由于考慮到地球和自然界還有包含化學(xué)反應(yīng)的許 多流動(dòng)過程也日漸成為這一學(xué)科的研究容，故以譯作地球流體力學(xué)為宜。另外，這個(gè)學(xué)科在國際上還有一些別的名稱，其中一個(gè)比較流行的是”自然流體力學(xué)(natural fluiddynamics)。學(xué)科的形成近百年來，人類對天氣預(yù)報(bào)、航海和海洋資源開發(fā)的需要不斷增長，大氣 大尺度運(yùn)動(dòng)和海洋大尺度運(yùn)動(dòng)的研究得到了發(fā)展，逐漸形成了大氣動(dòng)力學(xué)和海洋 動(dòng)力學(xué)。隨著空間科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，研究近地空間和其他星體的流體運(yùn)動(dòng)已成為 現(xiàn)實(shí)，而隨著地質(zhì)和地球物理學(xué)的發(fā)展， 研究地幔運(yùn)動(dòng)也成為重要的課題。 流體

3、力學(xué)的一般原理雖然也適用于上述自然界流體運(yùn)動(dòng)，但像天氣系統(tǒng)和大洋環(huán)流等流體運(yùn)動(dòng)是由自然界中巨大的能源所推動(dòng)， 其時(shí)間尺度和空間尺度都比 氣體動(dòng)力 學(xué)和水動(dòng)力學(xué)(見液體動(dòng)力學(xué))等與生產(chǎn)技術(shù)有關(guān)的流體運(yùn)動(dòng)的尺度要大得多， 而引力、星體的自旋以及能量的交換和轉(zhuǎn)移過程又在其中起著主要作用，因而這些流動(dòng)具有非常鮮明的特點(diǎn)和共同的基本規(guī)律。 研究這些共同的基本規(guī)律能使人 類對大氣或海洋等各種具體運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)和規(guī)律有深刻的認(rèn)識。地球流體力學(xué)正是在這種背景下逐漸形成的。研究的地球流體運(yùn)動(dòng)類型：地球流體運(yùn)動(dòng)按空間尺度或性質(zhì)可分為下列數(shù)種類型：重力-慣性波、行 星波、埃克曼流、大氣和大洋環(huán)流、渦旋、重力波和對流等。

4、后三者為一般流體 力學(xué)所共有，這里不單獨(dú)解釋。 重力-慣性波。地球流體的一種基本運(yùn)動(dòng)形式，由重力和科里奧利力共同 作用所形成。相速（見波）遠(yuǎn)大于流速。若波長較短，則科里奧利力影響極小， 與通常分層流動(dòng)中的重力波無異。若波長較長，特別是和地球（或別的行星）同 量級時(shí)，科里奧利力影響明顯，貝懶的相速和結(jié)構(gòu)都與重力波明顯不同。 行星波。地球的大氣運(yùn)動(dòng)、海洋運(yùn)動(dòng)和其他行星大氣大尺度運(yùn)動(dòng)的最明顯和最重要的形式，流場彎曲如波狀，波長大都與行星半徑同量級（在洋流中波 長較短），因而得名。又稱羅斯比-阿爾文波或羅斯比波。行星波與大型天氣系 統(tǒng)密切相關(guān)，又是大氣環(huán)流或大洋環(huán)流的主要組成部分，故為大氣動(dòng)力學(xué)、海洋

5、動(dòng)力學(xué)和地球流體力學(xué)的主要研究對象。行星波的相速和流速同量級，渦量遠(yuǎn)大 于散度，故又稱渦旋波。其產(chǎn)生機(jī)制是行星表面各處的科里奧利參數(shù)不均勻，即行星大氣渦量的地面法向分量存在梯度， 從而使流體微團(tuán)在運(yùn)動(dòng)過程中改變其相 對渦量，形成波動(dòng)。事實(shí)上，若3=0，和式（1）相應(yīng)的線性方程除有重力波解外，還有定常的渦旋場解。若30,則渦旋場為非定常，成為渦旋波；且忽略二維可壓縮性（取二維散度為零）時(shí)，它也存在；能量來源于流體運(yùn)動(dòng)自身的 慣性，故又稱為慣性波。 ?？寺鳌Ｐ行沁吔鐚拥牧鲃?dòng)。其主要特征是流體速度水平分量沿高度 呈螺線變化，稱?？寺菥€。這是由于層流體速度因粘性力作用而減小， 使科里 奧利力與壓強(qiáng)

6、梯度、重力之間失去平衡的結(jié)果。?？寺鞒０橛秀U直速度，稱埃 克曼抽吸，影響行星邊界層外的大尺度運(yùn)動(dòng)。 大氣環(huán)流。大氣中各種大尺度運(yùn)動(dòng)的全體組成的具有最大空間尺度的運(yùn) 動(dòng)。已發(fā)現(xiàn)兩種非常不同的大氣環(huán)流型：a羅斯比環(huán)流型 由明顯的行星波組成的非軸對稱的大氣環(huán)流型， 為紀(jì)念 闡明行星波的羅斯比而命名。地球大氣環(huán)流即屬此型。b哈得萊環(huán)流型 大氣環(huán)流表現(xiàn)為對星體自旋軸對稱和準(zhǔn)對稱的大氣環(huán) 流型。由G.哈得萊首先闡明，故名。木星大氣環(huán)流即屬此型。大氣環(huán)流型主要取決于星體自轉(zhuǎn)角速度3以及星體大氣受太陽輻射而造成極地和赤道之間的溫差T|。若大氣加熱呈軸對稱分布而星體不自轉(zhuǎn)，則熱 量交換取純對流形式，即熱氣反抗

7、重力作用而上升，冷氣下沉且從底層流向暖區(qū)， 此即純哈得萊環(huán)流型。但若星體自轉(zhuǎn)，則在科里奧利力作用下，大氣運(yùn)動(dòng)中沿子午圈的速度分量v B產(chǎn)生沿緯圈上的速度分量v入。3和|v 9 |愈大，則|v入|愈 大。大到一定程度后，由這種軸對稱運(yùn)動(dòng)所導(dǎo)致的熱量沿子午圈的流量過小，積集起來的熱量由非軸對稱的水平方向的運(yùn)動(dòng)來輸送，形成明顯的行星波，大氣環(huán)流變?yōu)榱_斯比環(huán)流型。故當(dāng)3和T|為中等大小時(shí)，大氣環(huán)流為羅斯比環(huán)流型。 但若I T|固定而3增到一定程度，或3固定而I T|增加過大，則|v入|過大， 軸對稱環(huán)流又占主要地位，轉(zhuǎn)變?yōu)楣萌R環(huán)流型。人類經(jīng)歷了兩百多年的研究， 特別是最近三十年通過旋轉(zhuǎn)圓盤流體運(yùn)動(dòng)的

8、模擬實(shí)驗(yàn)以及相應(yīng)的理論分析才最 后弄清上述機(jī)理，這對認(rèn)識大氣環(huán)流的本質(zhì)有很重要的意義。若大氣環(huán)流為羅斯比環(huán)流型，則在一些緯度帶，暖氣下沉，冷氣上升，和 哈得萊環(huán)流型的情況相反。這些地帶的子午圈環(huán)流稱為反哈得萊環(huán)流。 地球大氣 在中緯度地區(qū)即屬此情況。 大洋環(huán)流。地球洋中各種大尺度運(yùn)動(dòng)的全體組成的最大空間尺度的運(yùn)動(dòng)。 大洋環(huán)流和大氣環(huán)流有許多共性，但海岸的幾何約束對洋流有明顯影響， 使其具 有特點(diǎn)。最簡單的一種大洋環(huán)流模式是慣性洋流。在這種模式中，風(fēng)應(yīng)力、科里 奧利力和慣性力三者互相平衡。在開闊洋面上，洋流為風(fēng)應(yīng)力所驅(qū)動(dòng)，然后受慣 性力作用流向海岸地帶，科里奧利力隨緯度的變化使向西流動(dòng)的洋流加速

9、，稱西 向強(qiáng)化現(xiàn)象；子午線走向的海岸的幾何約束，使洋流轉(zhuǎn)而流向高緯地區(qū)并強(qiáng)化（北 向強(qiáng)化現(xiàn)象）。這是大西洋灣流和太平洋暖流（即黑潮）的顯著特點(diǎn)。地球流體運(yùn)動(dòng)也常按科里奧利力影響的程度分為準(zhǔn)地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)兩大類： 準(zhǔn)地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。滿足 Rovvl和Ek1的運(yùn)動(dòng)。在這類運(yùn)動(dòng)中，重力、壓強(qiáng) 梯度力和科里奧利力三者幾乎平衡， 且運(yùn)動(dòng)為準(zhǔn)水平的，沿重力方向的速度分量 很小。大氣和海洋環(huán)流、行星波以及大尺度渦旋屬于準(zhǔn)地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)， 是地球流體大 尺度運(yùn)動(dòng)的主要類型。 非地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。除準(zhǔn)地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)外的地球流體運(yùn)動(dòng)。在這類運(yùn)動(dòng)中，重力、壓強(qiáng)梯度力和科里奧利力三者不處于幾乎平衡狀態(tài)。在自由流體中，Ro 1不成立。重力

10、-慣性波、重力波、對流、尺度較小的強(qiáng)渦旋和?？寺鲗儆诜堑剞D(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)。水動(dòng)力學(xué)研究水及其他液體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其與邊界相互作用的學(xué)科，又稱水動(dòng)力學(xué)。液體動(dòng)力學(xué)和氣體動(dòng)力學(xué)組成流體動(dòng)力學(xué)。人類很早就開始研究水的靜止和運(yùn)動(dòng) 的規(guī)律，這些規(guī)律也可適用于其他液體和低速運(yùn)動(dòng)的空氣。20世紀(jì)以來，隨著航空、航天、航海、水能、采油、醫(yī)學(xué)等部門的發(fā)展，與流體動(dòng)力學(xué)相結(jié)合的邊 緣學(xué)科不斷出現(xiàn)并充實(shí)了液體動(dòng)力學(xué)的容。液體動(dòng)力學(xué)研究的方法有現(xiàn)場觀測、 實(shí)驗(yàn)?zāi)M、理論分析和數(shù)值計(jì)算。研究容液體運(yùn)動(dòng)受兩個(gè)主要方面的影響：一是液體本身的特性；另一是約束液體運(yùn) 動(dòng)的邊界特性。根據(jù)這些特性的改變，液體動(dòng)力學(xué)的主要研究容有：理想液體

11、運(yùn)動(dòng) 可忽略粘性的液體稱為理想液體。根據(jù)普朗特的邊界層理 論，在邊界層以外的區(qū)域中，粘性力可以不予考慮，因此理想液體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律在 特定條件下仍可應(yīng)用。在普朗特以前，在這一領(lǐng)域曾進(jìn)行過很多研究（見有環(huán)量的無旋運(yùn)動(dòng)，拉普拉斯無旋運(yùn)動(dòng)）。液體的壓縮性很?。恢挥性趲追N情況下，如 管道中的水擊、水中聲波、激波傳播等，才要考慮液體的可壓縮性。粘性液體運(yùn)動(dòng)有些液體（如潤滑油）的粘性很大，分析這些液體流動(dòng)狀態(tài) 時(shí)必須予以考慮（見潤滑理論，斯托克斯流動(dòng)）。另外，分析船舶的摩擦阻力、邊 界層和波浪間的干擾、船舶和潛體的尾流等都必須考慮液體的粘性?？栈后w流經(jīng)壓力足夠低的區(qū)域時(shí)，就會(huì)氣化并在液體部或液固交界面上 形

12、成空泡。水中常含有直徑從幾十到幾百微米的氣泡（稱為氣核），有氣核存在才會(huì)發(fā)生空化。空泡的潰滅產(chǎn)生沖擊，引起邊壁材料的剝蝕和破壞（見空蝕） 。多相流挾有固體顆粒、摻有氣泡或兼有兩者的液體流動(dòng)稱為多相流。最常 見的有河道中的含沙水流（見泥沙運(yùn)動(dòng)）；其次是摻氣水流和發(fā)生空化后帶有空 泡的液體流動(dòng)（見空泡流理論）。氣核能影響聲波的傳播，當(dāng)水中所含的氣核與水 的體積比大于10-3時(shí)，水中聲速就會(huì)小于空氣中的聲速（純水中的聲速約為空氣 聲速的五倍）。非牛頓流體流動(dòng)有些液體（如含沙量高的水）的剪應(yīng)力和剪切變形速率不 成線性關(guān)系，這些液體屬于非牛頓流體。加入高分子聚合物的水也是非牛頓流體， 這種流體對在其中運(yùn)

13、動(dòng)的物體的阻力低得多（見非牛頓流體力學(xué)）。自由表面流動(dòng) 液體流動(dòng)的部分邊界可以是液體和空氣的分界面， 沿這一部分邊界的壓力接近常數(shù)。河道、渠道、海洋流動(dòng)皆屬于這一類型，稱為無壓流。 自由表面流動(dòng)的圍很廣，包括明槽流、河道非定常流、波浪運(yùn)動(dòng)等（見液體自由 表面波）。由于造船工程、水利工程的需要，自由表面流動(dòng)的研究工作早已開始。 海洋工程的發(fā)展，對這方面的研究又提出新的要求（見海洋結(jié)構(gòu)物水動(dòng)力學(xué)）。有時(shí)由于在液體流動(dòng)區(qū)域中形成空腔而有局部和氣體接觸的自由表面，如魚雷、 導(dǎo)彈在水中運(yùn)動(dòng)時(shí)引起空化而形成的空腔、 從空中進(jìn)入水中時(shí)帶入空氣而形成的 空腔、以及為了防止空蝕通入空氣而形成的空腔等皆是（見空化

14、，出水，入水）。壓力流液體四周都受固體邊壁約束的流動(dòng)稱為壓力流，又稱滿管流。水力 機(jī)械和船舶螺旋槳的旋轉(zhuǎn)葉片間的流動(dòng)也是壓力流。 早期為了計(jì)算供水系統(tǒng)的流 量分配而開始研究管流的特性。壓力管道常和水力機(jī)械相連，因而出現(xiàn)彈性振動(dòng) 和水擊問題。兩層或多層密度不相同的液體可以形成分層流。 密度差可以是由于 液體不同（如水和石油）所引起，也可以是由于含鹽、含沙量不同，或溫度不同所 引起。在石油開采，海水浸入，潛艇航行，水庫排沙，電站冷卻水的研究中，分 層流是很重要的課題（見壓力流，異重流，旋轉(zhuǎn)流體和分層流體流動(dòng)）。水彈性問題 液體流過固體邊壁，在某些條件下可以引起邊壁的振動(dòng)， 邊壁 振動(dòng)又反過來改變流

15、動(dòng)特性。研究液體、水和固體邊壁相互作用的理論，稱為水 彈性理論。水動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用液體動(dòng)力學(xué)是一門應(yīng)用科學(xué)，所研究的課題皆來自生產(chǎn)實(shí)踐，與工程技術(shù)密 切相關(guān)，主要應(yīng)用領(lǐng)域如下：水利和水電工程是歷史最久的工程科學(xué)之一。防洪工程中需要決定防洪庫 容、泄洪容量、堤頂高程等數(shù)據(jù)；洪水預(yù)報(bào)需要知道洪水運(yùn)行規(guī)律；工業(yè)發(fā)展必 須防止對河流的污染，這些問題都能從明槽水流的研究中得到解決。通過高壩下 泄的摻氣水流具有很大的動(dòng)能，會(huì)引起沖刷；多沙河流的河道、河口以及水庫的 淤積，可能影響航道或使已建的工程喪失作用， 這些問題可通過對泥沙運(yùn)動(dòng)的研 究獲得解決辦法。建造水力發(fā)電站和抽水工程時(shí)，需要研究水力機(jī)械的出力、發(fā)

16、生振動(dòng)的條件、啟閉過程中的特性變化，主要防止或減少空蝕破壞。這些方面都 是水動(dòng)力學(xué)的研究容。造船工程由于造船技術(shù)的需要，古代已對船舶力學(xué)有一定的認(rèn)識。船舶勻速前進(jìn)和加速前進(jìn)所遇到的阻力以及航行時(shí)的安全性，始終是造船工程中最重要 的問題。長期以來研究的螺旋槳出力、興波阻力、附連質(zhì)量、適航性等都是為了 解決這些問題的。造船技術(shù)的革新，水翼船、氣墊船的出現(xiàn)（見水翼，氣墊），對水動(dòng)力學(xué)提出更高的要求。在水中高速運(yùn)行的水翼、魚雷等產(chǎn)生的空泡流，快 艇、賽艇、水上飛機(jī)的浮舟在水面上的滑行， 船舶、閘門、管道等彈性體的振動(dòng)， 水面艦船、潛艇、魚雷等所產(chǎn)生的水動(dòng)力噪聲等都是水動(dòng)力學(xué)的重要研究課題。近代武器潛艇

17、、魚雷、反潛導(dǎo)彈等是和水動(dòng)力學(xué)研究密切相關(guān)的武器。水 下發(fā)射引起出水的研究；魚雷、反潛導(dǎo)彈、航天飛船的儀器艙和座艙的入水引起 撞水和入水的研究。其他 機(jī)械工程中的潤滑和液壓傳動(dòng)，核電站工程中的水氣二相流，海岸工 程中所關(guān)心的潮流，海上采油工程中所重視的波浪問題等，皆是液體動(dòng)力學(xué)的研 究課題。氣動(dòng)力學(xué)20世紀(jì)初世界上第一架飛機(jī)出現(xiàn)以來，飛機(jī)和其他各種飛行器得到迅速發(fā) 展。20世紀(jì)50年代開始的航天飛行使人類的活動(dòng)圍擴(kuò)展到其他星球和銀河系。 航空航天事業(yè)的蓬勃發(fā)展是同流體力學(xué)的分支學(xué)科一一空氣動(dòng)力學(xué)和氣體動(dòng)力 學(xué)的發(fā)展緊密相連的。這些學(xué)科是流體力學(xué)中最活躍、最富有成果的領(lǐng)域。容介紹空氣動(dòng)力學(xué)在傳統(tǒng)

18、上研究氣體的熱力學(xué)狀態(tài)和與海平面標(biāo)準(zhǔn)大氣條件相差 不多的流動(dòng)。這時(shí)氣體的壓力、溫度和密度的關(guān)系遵循完全氣體狀態(tài)方程， 氣體 的其他性質(zhì)如比熱、粘性、導(dǎo)熱率等都假定為常數(shù)。而在氣動(dòng)熱力學(xué)中，它們不 再是常數(shù)，在許多情況下作為單一完全氣體狀態(tài)方程已不再適用。氣體的流動(dòng)性質(zhì)依賴于它的溫度和成分，在分析高溫或氣體成分有變化的流動(dòng)時(shí)， 須同時(shí)考慮 熱力和動(dòng)力現(xiàn)象。氣動(dòng)熱力學(xué)是發(fā)展中的邊緣學(xué)科，它把空氣動(dòng)力學(xué)與熱力學(xué)、 物理力學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)和電磁學(xué)結(jié)合起來。高速邊界層的傳熱和傳質(zhì) 高速運(yùn)動(dòng)的氣流在邊界層被物體滯留，氣體動(dòng) 能轉(zhuǎn)化為熱能，被減速的部分氣體溫度劇增到遠(yuǎn)高于物面溫度值， 因而熱量傳入 物體。除氣

19、流速度外，氣流成分和化學(xué)狀態(tài)、物體的形狀、材料和表面光滑程度、 邊界層流態(tài)和質(zhì)量傳遞都會(huì)影響邊界層傳熱。 一般來說，湍流熱流比層流熱流大 得多，粗糙表面的熱流也比光滑表面大。 再入大氣層的飛行器表面和火箭發(fā)動(dòng)機(jī) 壁，常采用燒蝕或發(fā)汗冷卻等防熱方法（見燒蝕防熱）。在惡劣天氣條件下，再 入彈頭的天氣侵蝕和固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管中流動(dòng)， 還涉及兩相流中復(fù)雜的傳熱傳 質(zhì)問題。燒蝕與流場的耦合影響 燒蝕、侵蝕引起的外形變化和質(zhì)量注入邊界層，都 會(huì)影響再入彈頭的氣動(dòng)性能，特別是由不對稱端頭外形產(chǎn)生的小的不對稱氣動(dòng)力 和彈頭加工造成的質(zhì)量和慣量的不對稱，合在一起可能導(dǎo)致彈頭發(fā)生滾動(dòng)共振， 由于迎角劇增而毀壞，或

20、發(fā)生滾速過零造成較大的落點(diǎn)散布。在確定燒蝕外形時(shí) 還需要考慮激波形狀、壓力分布、邊界層轉(zhuǎn)捩、表面粗糙度和質(zhì)量注入等因素。真實(shí)氣體效應(yīng)在室溫下氣體分子只能進(jìn)行平移和轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，隨著溫度增 加，開始出現(xiàn)振動(dòng)，最后分子部的約束被破壞而分解， 而在更高的溫度下將出現(xiàn) 電離現(xiàn)象。這些過程從發(fā)生到新的平衡以及組元之間的化學(xué)反應(yīng)，都需要一定的 時(shí)間,稱為松弛時(shí)間。根據(jù)氣體運(yùn)動(dòng)的宏觀特征時(shí)間與松弛時(shí)間之比的三種情況（很大、接近于1和很?。蓪⒘鲃?dòng)分成平衡流動(dòng)、非平衡流動(dòng)和凍結(jié)流動(dòng)。 對于凍結(jié)流動(dòng)氣體的特性與完全氣體一樣。非完全氣體的狀態(tài)參數(shù)可根據(jù)物理力 學(xué)進(jìn)行計(jì)算，對于平衡狀態(tài)的熱力學(xué)參數(shù)，已有不少可用的氣體

21、熱力性質(zhì)表。 對 于非平衡流動(dòng)，必須計(jì)及全部可能的組元，因而與一切可能的化學(xué)過程和起主導(dǎo) 作用的反應(yīng)速率有關(guān)。真實(shí)氣體效應(yīng)不僅對傳熱有顯著的影響， 而且對于具有復(fù) 雜外形的航天飛機(jī)的俯仰力矩也有明顯的影響。 另外，在高溫運(yùn)行的風(fēng)洞氣流中， 也常出現(xiàn)非平衡流動(dòng)。電磁效應(yīng) 氣體分子在高溫下被電離成等離子體，在再入飛行器周圍形成等 離子鞘套。當(dāng)電磁波的頻率小于等離子體頻率時(shí)，電磁波被界面反射而不能穿過， 從而出現(xiàn)通信中斷現(xiàn)象，稱為黑障。已經(jīng)證實(shí)，燒蝕產(chǎn)物將增加鞘套中的電子密 度。所以必須在氣動(dòng)外形和材料等方面采取有效的措施以降低電子密度。為了有效地識別和跟蹤再入飛行器，必須研究等離子鞘套和尾跡的電磁

22、特性及其對雷達(dá) 波傳播的影響。其中，要確定的最重要的參數(shù)是電子密度值和碰撞頻率隨時(shí)間和 向后距離的衰減速率。輻射效應(yīng)進(jìn)入其他行星大氣層的飛行器的飛行速度很高，如木星探測器的速度高達(dá)48公里/秒,因而在高溫氣體的傳熱中輻射傳熱成為主要的因素。其 他行星的大氣組成與地球完全不同，如金星、火星的大氣大部分都是二氧化碳。 氣體組成的變化對于對流傳熱的影響不大， 但對輻射傳熱的影響卻很大。輻射性 能的基本數(shù)據(jù)，已能在激波管實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上根據(jù)分子和原子的光譜數(shù)據(jù)和物理模 型計(jì)算出來，然后再根據(jù)這些數(shù)據(jù)和氣體的成分及狀態(tài)參數(shù)估算出輻射傳熱。發(fā)動(dòng)機(jī)氣動(dòng)熱力學(xué) 對于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，氣動(dòng)熱力學(xué)需要解決的問題是：由高 溫

23、氣體分解而引起的進(jìn)氣道能量損失； 高溫葉柵繞流和對葉片的傳熱；燃料和氧 化劑的擴(kuò)散和混合；具有復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)和高湍流度的燃燒火焰的穩(wěn)定性； 具有燃 燒產(chǎn)物的高溫高壓氣體在噴管中膨脹過程的效率； 高溫氣體對噴管特別是喉道附 近的傳熱。滲流力學(xué)石油和天然氣的開采，地下水的開發(fā)利用，要求人們了解流體在多孔或縫隙 介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)，這是流體力學(xué)分支之一滲流力學(xué)研究的主要對象。滲流力學(xué)還涉 及土壤鹽堿化的防治，化工中的濃縮、分離和多孔過濾，燃燒室的冷卻等技術(shù)問 題。滲流力學(xué)當(dāng)前比較成熟的容有單相滲流理論、 多相滲流理論、雙重介質(zhì)滲流 理論、滲流基本定律和多孔介質(zhì)理論。 單相滲流理論包括液體滲流理論、 帶自由

24、面滲流理論，氣體滲流理論。當(dāng)具有不同物理性質(zhì)的多種流體在多孔介質(zhì)混流時(shí)， 稱為多相滲流。多相滲流理論與許多工程技術(shù)有密切關(guān)系。例如，油層的流動(dòng)大 多是油、氣、水多相滲流，非飽水土中的滲流是水和氣的多相滲流；在地?zé)衢_發(fā) 過程中也存在熱水和氣的多相滲流。迄今比較成熟的多相滲流理論為混氣液體滲 流理論、二相液體滲流理論和非飽水土滲流理論。現(xiàn)就以上容分述于下：液體滲流理論研究承壓條件下均質(zhì)液體的滲流規(guī)律（見液體滲流）。根據(jù) 是否考慮多孔介質(zhì)和流體的彈性又分為彈性滲流和剛性滲流。早期的地下水和石 油開發(fā)工程以及水工建筑等工程都需要了解地下液體滲流規(guī)律和計(jì)算方法，剛性滲流理論因而得到發(fā)展。以后發(fā)現(xiàn)地層巖石

25、和液體的彈性對流體運(yùn)動(dòng)和生產(chǎn)狀況 產(chǎn)生不可忽視的影響，彈性滲流理論得到不斷發(fā)展。帶自由面滲流理論 研究非承壓條件下均質(zhì)液體的滲流規(guī)律。當(dāng)液體的最上 部不受隔水頂板的限制，存在一個(gè)其上任意一點(diǎn)的壓強(qiáng)為大氣壓強(qiáng)的自由液面 時(shí)，多孔介質(zhì)中的液體流動(dòng)稱帶自由面滲流或無壓滲流。 含水層中的潛水向開采 井方向匯集，河道或水庫里的水透過河堤或土壩向下游滲流以及石油在地層中向 生產(chǎn)井自由滲流等均屬無壓滲流。水文地質(zhì)。水利工程和石油開采等生產(chǎn)部門的 需要，促使無壓滲流理論不斷發(fā)展。氣體滲流理論研究氣體在多孔介質(zhì)中的流動(dòng)規(guī)律。氣體的組成可能是單一 的，也可能是組分恒定的多組分混合物。 氣體滲流理論的出現(xiàn)是由于天然

26、氣開采 等工程的需要。氣體滲流具有壓縮性特強(qiáng)、滲流定律非線性、滲流過程非等溫性 以及存在滑脫效應(yīng)等特點(diǎn)，是比較復(fù)雜的滲流問題?；鞖庖后w滲流理論研究相互摻混的液體與氣體在多孔介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（見混氣液體滲流）?；鞖庖旱囊后w為連續(xù)相，氣體為離散相。這一理論是低于 飽和壓力下開發(fā)油田的理論基礎(chǔ)，也是地下熱能開發(fā)工業(yè)和與土壤水運(yùn)動(dòng)有關(guān)的 部門所需要的理論。二相液體滲流理淪研究一相液體驅(qū)替另一相不同前者混溶的液體的流動(dòng) 規(guī)律（見二相液體滲流）。這一理論是天然水力驅(qū)動(dòng)油田的開發(fā)工程和廣泛應(yīng)用 的人工注水開發(fā)油田技術(shù)的理論基礎(chǔ)。非飽水土滲流理淪 研究土壤孔隙未被水充滿的條件下的流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 灌 溉排水條件

27、下或作物根系吸水作用下的土壤水運(yùn)動(dòng)，入滲、蒸發(fā)和地下水位變動(dòng) 條件下潛水面以上土層（包氣帶）的水分運(yùn)動(dòng)均屬非飽水土滲流。 這一理論是農(nóng) 田水利和水文地質(zhì)等部門的一項(xiàng)理論基礎(chǔ)。雙重介質(zhì)滲流理論 研究流體在裂縫一孔隙介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 （見雙重介質(zhì) 滲流）。雙重介質(zhì)系由裂縫系統(tǒng)和巖塊孔隙系統(tǒng)組成的特殊多孔介質(zhì)。 雙重介質(zhì) 滲流理論的建立主要是由于在世界圍發(fā)現(xiàn)和開發(fā)一系列裂縫性油氣田， 它是這種 類型的油田、天然氣田和地下水層的儲(chǔ)量計(jì)算和臺理開發(fā)的理論基礎(chǔ)。滲流基本定律描述流體在多孔介質(zhì)運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律，亦即滲流過程的宏觀 統(tǒng)計(jì)規(guī)律。它是研究滲流力學(xué)的基礎(chǔ)。在一定的雷諾數(shù)圍，牛頓流體在不可變形 多孔介質(zhì)

28、的運(yùn)動(dòng)遵循達(dá)西滲流定律。多孔介質(zhì)理論滲流是多孔介質(zhì)的流體運(yùn)動(dòng)，研究滲流力學(xué)涉及的多孔介質(zhì) 的物理一力學(xué)性質(zhì)的理論就成為滲流力學(xué)的基本組成部分。多孔介質(zhì)理論包括多 孔介質(zhì)的孔隙率、潤濕性，毛細(xì)管壓力和滲透率等容。物理-化學(xué)流體動(dòng)力學(xué)燃燒煤、石油、天然氣等，可以得到熱能來推動(dòng)機(jī)械或作其他用途。燃燒離 不開氣體。這是有化學(xué)反應(yīng)和熱能變化的流體力學(xué)問題，是物理 -化學(xué)流體動(dòng)力 學(xué)的容之一。爆炸是猛烈的瞬間能量變化和傳遞過程， 涉及氣體動(dòng)力學(xué)，從而形 成了爆炸力學(xué)。研究對象一般是在有限空間的、除壓差外還常涉及其他的物理推動(dòng)力 （如濃度差、溫 度差、表面力和電場力等）或化學(xué)推動(dòng)力的流動(dòng)體系。這些流體在本質(zhì)

29、上有牛頓 型流體和非牛頓型流體；在組成上有小分子、高分子、離子、游離基；在混合態(tài) 上有微觀流體和宏觀流體；在表面形態(tài)上有氣泡、液滴、固體顆粒懸浮體、乳濁 液、射流、毛細(xì)流以及各種多相流（如氣-液二相流、氣-固二相流、液-液二相 流、液-固二相流及氣-液-固三相流）等；在流動(dòng)模式上有理想流動(dòng)和各種非理 想流動(dòng)；流體在流動(dòng)過程中可能伴隨有熱交換和質(zhì)量交換或化學(xué)反應(yīng)，這些就構(gòu)成了物理-化學(xué)流體動(dòng)力學(xué)研究對象的廣泛性和復(fù)雜性，也就是本學(xué)科與傳統(tǒng)的 流體力學(xué)不同之處。研究容物理-化學(xué)流體動(dòng)力學(xué)正在迅速發(fā)展之中，它的體系和疇尚未最后定型，但 從國際物理-化學(xué)流體動(dòng)力學(xué)歷屆會(huì)議和專門期刊對文章的分類來看， 物理-化學(xué) 流體動(dòng)力學(xué)研究容可作如下分類： 分散體系的流動(dòng) 包括氣泡、液滴在另一連續(xù)介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)，氣泡和液滴 的破裂和聚并，固體粒子流態(tài)化，乳濁液與懸浮液的流動(dòng)和穩(wěn)定