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高超聲速飛行中的輻射輸運(yùn)和磁流體力學(xué)

包郵 高超聲速飛行中的輻射輸運(yùn)和磁流體力學(xué)

出版社：科學(xué)出版社出版時間：2023-03-01
開本： B5 頁數(shù)： 532
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高超聲速飛行中的輻射輸運(yùn)和磁流體力學(xué) 版權(quán)信息

高超聲速飛行中的輻射輸運(yùn)和磁流體力學(xué) 內(nèi)容簡介

本書分為五篇13章，分別從輻射流體力學(xué)和磁流體力學(xué)基本方程組的構(gòu)成、離散與求解以及應(yīng)用等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。它是飛行器熱防護(hù)、紅外隱身以及磁流體控制的理論基礎(chǔ)。書中給出了國內(nèi)外有名科學(xué)家的重要著作與文獻(xiàn)882篇，為讀者提供了一個十分寶貴的文獻(xiàn)參考平臺。

高超聲速飛行中的輻射輸運(yùn)和磁流體力學(xué) 目錄

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 高超聲速飛行與再人問題中PCGD的原子分子理論 2
1.2 本書的范圍、內(nèi)容和意義 6
**篇 氣體動理學(xué)、輸運(yùn)理論和氣動熱力學(xué)基本方程組
第2章 Boltzmann方程和廣義Boltzmann方程 11
2.1 Boltzmann方程的守恒性質(zhì)和宏觀守恒方程 11
2.2 單原子分子、多組元?dú)怏w的Boltzmann方程 15
2.3 單組元、多原子分子、考慮量子數(shù)和簡并度的Boltzmann方程 17
2.4 多組元和多原子分子的廣義Boltzmann方程 l9
2.5 BGK模型方程及其局限性 20
2.6 小Knudsen數(shù)特征區(qū)的主要特點(diǎn)及其分析 24
第3章 粒子輸運(yùn)方程、Lorentz變換和輻射輸運(yùn)方程 29
3.1 粒子輸運(yùn)方程和中子輸運(yùn)方程 29
3.2 輻射輸運(yùn)方程 32
3.3 Lorentz變換 34
3.4 輻射輸運(yùn)方程的Lorentz變換及其近似處理 36
第4章 高超聲速非平衡廣義Navier-Stokes方程組 38
4.1 Navier-Stokes方程組的積分與微分形式 38
4.2 廣義的Navier-Stokes方程組 40
4.3 高溫、高速、熱力學(xué)與化學(xué)非平衡態(tài)流動的控制方程組 45
第二篇 輻射流體力學(xué)基本方程組及其數(shù)值求解方法
第5章 非定常可壓縮湍流計算的高效高分辨率算法 53
5.1 基于Favre平均的可壓縮湍流基本方程組 53
5.2 可壓縮湍流的大渦數(shù)值模擬及其基本方程組 55
5.3 RANS與LES組合的雜交高效方法 57
5.4 RANS、DES和LES方法中vt的計算 60
5.5 可壓縮湍流的k-w模型 61
5.6 RANS計算與局部DES分析相結(jié)合的高效算法 62
5.7 非定常流的高分辨率高效率算法及其處理策略 79
第6章 吸收和散射系數(shù)的確定及全光譜K分布的輻射輸運(yùn)方程 92
6.1 輻射的本質(zhì)和電磁輻射的波譜范圍 92
6.2 輻射輸運(yùn)方程的擴(kuò)散近似和散射相函數(shù)截斷的方法 97
6.3 輻射輸運(yùn)方程中吸收系數(shù)的計算 105
6.4 K分布方法與關(guān)聯(lián)K分布方法 123
6.5 平衡態(tài)與非平衡態(tài)時粒子數(shù)布居的方程 129
6.6 散射系數(shù)計算的主要步驟和5種典型的散射過程 137
6.7 考慮電子散射效應(yīng)的Fokker-Planck方程 139
6.8 考慮介質(zhì)折射率的輻射輸運(yùn)方程 145
6.9 輻射輸運(yùn)方程的有限體積法及其與能量方程的耦合求解 150
6 10 全光譜K分布的輻射輸運(yùn)方程 155
第7章 高超聲速飛行中輻射流體力學(xué)基本方程組的耦合求解 159
7.1 考慮輻射時平衡態(tài)與非平衡態(tài)的流體力學(xué)方程組 160
7.2 定解條件的提法和飛行器壁表面溫度的確定 165
7.3 一維非定常輻射流體力學(xué)基本方程組 174
7.4 二維非定常輻射流體力學(xué)方程組 181
第三篇 電磁流體力學(xué)基礎(chǔ)與矢量輻射輸運(yùn)方程
第8章 Maxwell方程組的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)和電磁場中帶電粒子的運(yùn)動 187
8.1 “黑障”問題的出現(xiàn)和氣動電磁學(xué)的內(nèi)涵 187
8.2 電磁場的重要定律及其場的規(guī)范變換 190
8.3 Maxwell方程組的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)及其邊界條件 193
8.4 電磁流體力學(xué)基本方程組及其數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu) 197
8.5 狹義相對論下Maxwell方程組的協(xié)變性 201
8.6 電磁場中帶電粒子運(yùn)動的Lagrange函數(shù)與Hamilton函數(shù) 207
8.7 運(yùn)動點(diǎn)電荷的電磁場及其帶電粒子的加速運(yùn)動 211
8.8 電子的電磁質(zhì)量與輻射阻尼力 214
8.9 Vlasov方程和耦合的方程組 216
第9章 磁流體力學(xué)的一維和多維流動及其穩(wěn)定性理論 224
9.1 帶電體運(yùn)動與電磁場相互作用的經(jīng)典理論 225
9.2 磁流體力學(xué)的基本標(biāo)度及其多組元模型 228
9.3 磁流體力學(xué)的雙組元模型 232
9.4 單組元模型及其簡化時的限制條件 233
9.5 一維、定常和磁流體的Hartmann流動及其通解 239
9.6 二維、定常和磁流體的Hartmann流動及其Shercliff解法 243
9.7 磁流體力學(xué)中小擾動方程及其簡單波流動的特征 246
9.8 磁流體力學(xué)的激波關(guān)系 259
9.9 冷和熱等離子體中的波及其色散關(guān)系 264
9 10 磁流體活塞問題和擬一維流動 279
9 11 超聲速定常磁流體繞楔流動 284
9 12 可壓縮、有電導(dǎo)率、理想完全氣體的小擾動流動 292
9 13 不可壓縮與可壓縮磁流體定常流動邊界層問題的方程組 294
9 14 高超聲速磁流體繞平板的邊界層流動及其Crocco變換 303
9 15 理想磁流體力學(xué)穩(wěn)定性問題的一般方程及其應(yīng)用 306
9 16 磁流體的不穩(wěn)定性分類和等離子體中的非線性效應(yīng) 312
第10章 狹義相對論下磁流體力學(xué)方程組的構(gòu)成 321
10.1 Minkowski四維時空與Lorentz協(xié)變性原理 321
10.2 Minkowski四維時空中的速度、加速度與四維動量 323
10.3 Minkowski時空中的四維力及其四維動量守恒 325
10.4 狹義相對論流體力學(xué)中的能動張量和守恒律方程組 326
10.5 Minkowski四維時空中電磁場的場強(qiáng)張量和能動張量 328
10.6 狹義相對論下理想磁流體力學(xué)基本方程組 333
第11章 考慮輻射偏振特性的矢量輻射輸運(yùn)方程 336
11.1 入射電磁波的橢圓偏振分析及其Stokes參數(shù)的幾種表達(dá) 336
11.2 入射波具有帶寬時Stokes參數(shù)的表達(dá) 339
11.3 標(biāo)量的RT方程和矢量的RT方程 340
11.4 Stokes矩陣和VRT方程中相矩陣的表達(dá) 344
第四篇 磁流體力學(xué)基本方程組的數(shù)值求解方法
第12章 磁流體力學(xué)基本方程組的高精度、高分辨率解法 351
12.1 磁流體力學(xué)數(shù)值方法研究的某些進(jìn)展和應(yīng)用背景 351
12.2 磁流體力學(xué)的基本方程及其基本假設(shè) 354
12.3 兩類守恒型磁流體力學(xué)基本方程組 359
12.4 求解磁流體力學(xué)的數(shù)值方法及其存在的問題 360
12.5 磁場偽散度問題處理的投影方法 362
12.6 有限體積法中黏性項、傳熱項和磁場項的處理 362
12.7 有限體積法中的高效率LU及其Gauss-Seidel算法 366
12.8 非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格下有限體積的Gauss-Seidel迭代法 371
12.9 非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格下有限體積法的雙時間步長迭代格式 373
12.10 高精度、高分辨率RKDG有限元方法 374
第五篇 兩類基本方程組的典型應(yīng)用
第13章 輻射與磁流體的典型算例和紅外隱身與磁流體控制技術(shù) 383
13.1 飛行器表面紅外輻射特性的計算及其紅外隱身的分析 383
13.2 全光譜K分布方法的校核和降低噴管紅外輻射的途徑 396
13.3 飛行Mach數(shù)為23.9和25.9時鈍體繞流的光輻射特性計算 408
13.4 磁流體間斷有限元程序的校驗和飛行器的磁流體控制 411
13.5 N-S方程與Maxwell方程的耦合求解和高超聲速算例 437
參考文獻(xiàn) 470
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高超聲速飛行中的輻射輸運(yùn)和磁流體力學(xué) 節(jié)選

第1章 緒論 高超聲速（hypersonic）是我國著名科學(xué)家錢學(xué)森先生在1946年發(fā)表的一篇論文中提出的一個重要概念與術(shù)語。1963年，錢學(xué)森先生出版了《星際航行概論》這部專著，進(jìn)一步全面闡述了星際航行技術(shù)和星際航行實(shí)踐這項復(fù)雜的系統(tǒng)工程。如今，航空與航天技術(shù)已成為衡量一個國家整體科技實(shí)力和工業(yè)基礎(chǔ)的重要標(biāo)志，同時也是衡量一個國家綜合國力的重要組成部分。 高超聲速飛行器是指飛行Mach數(shù)大于5，能夠在大氣層或星際空間中進(jìn)行遠(yuǎn)程飛行的飛行器，其中包括航天飛機(jī)、高超聲速巡航導(dǎo)彈、星際空間探測器以及行星與行星際載人飛船等。因此，高超聲速飛行器技術(shù)涉及高超聲速氣動熱力學(xué)、輻射流體力學(xué)、磁流體力學(xué)（magnetohydrodynamics，MHD）、化學(xué)動力學(xué)、稀薄氣體動力學(xué)、平衡態(tài)與非平衡態(tài)高溫氣體的統(tǒng)計物理學(xué)、氣動電磁學(xué)、氣動光譜學(xué)、氣動光學(xué)、計算流體力學(xué)（computational fluid dynamics，CFD）、計算電磁學(xué)，以及導(dǎo)航與控制技術(shù)、電子信息與通信技術(shù)、材料結(jié)構(gòu)與工藝制造技術(shù)等多門學(xué)科的交叉與融合，涉及高超聲速推進(jìn)、高超聲速飛行器機(jī)身與推進(jìn)一體化設(shè)計、飛行器熱防護(hù)技術(shù)，高超聲速飛行器地面風(fēng)洞試驗技術(shù)以及空中飛行試驗等多項前沿技術(shù)的高度綜合，涉及系統(tǒng)工程理論的指導(dǎo)和系統(tǒng)論方法學(xué)的研究。 《高超聲速氣動熱力學(xué)》[5]一書主要討論了高超聲速飛行器飛行和再入大氣層時，所涉及的四個流區(qū)（即自由分子流區(qū)、過渡區(qū)、滑流區(qū)和連續(xù)介質(zhì)區(qū)）。按照以前傳統(tǒng)的做法，四個流區(qū)各自采用不同的近似方法，因此不同的處理方法便缺乏計算方法上的統(tǒng)一與協(xié)調(diào)，缺乏共同指導(dǎo)的理論基礎(chǔ)。因此，我們在該書中針對涉及的四個流區(qū)，提出了“從一個力學(xué)基本方程出發(fā)，構(gòu)建一個基本的求解框架、突出一個統(tǒng)計系綜、立足一種普遍形態(tài)的思想方法”，并借助這一方法分析與求解了火星大氣層、土衛(wèi)六大氣層以及地球大氣層中18種國際上著名航天器與探測器的高超聲速繞流問題，其中包括242個再入飛行典型工況的氣動力、氣動熱以及飛行器熱防護(hù)問題的分析，且有231個工況已在相關(guān)國際會議、學(xué)術(shù)雜志以及全國學(xué)術(shù)會上發(fā)表。應(yīng)該講，文獻(xiàn)[5]更多的是討論針對四個流區(qū)如何在統(tǒng)一的力學(xué)方程基礎(chǔ)上進(jìn)行合理近似求解的問題，它緊緊扣住了高超聲速氣動熱力領(lǐng)域的核心內(nèi)容，進(jìn)行了一次在這一領(lǐng)域中將微觀物理與宏觀力學(xué)相互結(jié)合的成功探索。 本書主要探討輻射氣體動力學(xué)和磁流體力學(xué)兩大部分。這些內(nèi)容的研究與錢學(xué)森先生、郭永懷先生1958年在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)創(chuàng)建近代力學(xué)系（錢學(xué)森任首屆系主任）、化學(xué)物理系（郭永懷任首屆系主任）以及郭永懷先生在中國科學(xué)院力學(xué)所創(chuàng)建“磁流體力學(xué)”方向的總體布局緊密相關(guān)。在錢學(xué)森和郭永懷先生的倡導(dǎo)下，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)建校初期在近代力學(xué)系設(shè)立了高速空氣動力學(xué)專業(yè)（林同驥、卞蔭貴、郭永懷、錢學(xué)森等先生親自授課）和噴氣技術(shù)熱物理專業(yè)（吳仲華等先生親自授課）等；在化學(xué)物理系設(shè)立了物理力學(xué)專業(yè)（錢學(xué)森先生親自授課并于1962年出版了《物理力學(xué)講義》）和高速化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)專業(yè)等，現(xiàn)在看來這些專業(yè)的設(shè)置的確是非常英明的決策。如果從1958年至今這些專業(yè)一直堅持辦下去的話，那么我國高超聲速飛行器方面的設(shè)計隊伍一定會比現(xiàn)在更加強(qiáng)大、基礎(chǔ)研究一定會更加堅實(shí)。 1.1 高超聲速飛行與再入問題中PCGD的原子分子理論 氣體動力學(xué)（gasdynamics）是流體力學(xué)的一個分支，是研究可壓縮流體的運(yùn)動規(guī)律及其與固體的相互作用。以空氣動力學(xué)為例，它是研究物體（如各種飛行器）與空氣做相對運(yùn)動時的相互作用及其規(guī)律的一門科學(xué)。隨著物體相對于空氣運(yùn)動速度的增加，物體與空氣之間的相互作用也越來越強(qiáng)烈，于是出現(xiàn)了“聲障”“熱障”和“黑障”等問題。突破“聲障”發(fā)展與形成了以激波理論為核心的超聲速空氣動力學(xué)理論，突破“熱障”發(fā)展與形成了以研究飛行器周圍氣體對飛行器的熱輸運(yùn)為核心的氣動熱力學(xué)（aerothermodynamics）。氣動熱力學(xué)將空氣動力學(xué)與化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動力學(xué)、統(tǒng)計物理和量子力學(xué)相結(jié)合，主要研究高速或高超聲速流動問題。因此，von Karman（馮 卡門）把這種流動問題稱為氣動熱化學(xué)（aerother-mochemistry）[13]，也有的書籍中稱為高超聲速和高溫氣體動力學(xué)[14]或物理氣體動力學(xué)等；更多的學(xué)者將其稱為氣動熱力學(xué)[16]或者高超聲速氣動熱力學(xué)[17-20]。 在高超聲速飛行問題中，“黑障”是指通信中斷，即高超聲速氣流繞飛行器流動，產(chǎn)生脫體弓形激波，飛行器周圍的氣體在激波和表面摩擦作用下形成高溫氣體并產(chǎn)生電離，成為部分電離氣體，這些電離氣體流向飛行器尾部便形成等離子體尾跡。通常，人們把飛行器周圍的等離子體稱為等離子鞘。當(dāng)飛行器機(jī)載電磁通信天線發(fā)射或接收電磁波時，電磁波被電離氣體反射、吸收而強(qiáng)度衰減，甚至完全不能穿過等離子體層而發(fā)生通信中斷[21]。20世紀(jì)50～70年代隨著航天工程的開展[22-26]，美國和蘇聯(lián)對“黑障”問題開展了大量的飛行試驗，詳細(xì)研究了飛行器周圍氣體產(chǎn)生等離子體的機(jī)理、氣體的電磁性質(zhì)的變化、與電磁波相互作用的規(guī)律，并尋找到解決通信中斷的技術(shù)途徑。由于“黑障”問題出現(xiàn)在飛行器高超聲速再入的過程中，因此當(dāng)時人們常把“黑障”問題的研究稱為“再入氣動物理（reentry aero-physics）”，常簡稱為再入物理[27-29]。另外，那時“再入物理”還包括再入過程中飛行器和周圍氣體的光輻射、對雷達(dá)波的散射以及大氣中雨、雪粒子對飛行器表面防熱材料的侵蝕等物理現(xiàn)象的機(jī)理分析與研究。 回顧我國在氣動物理方面開展的研究工作，應(yīng)該追思與懷念我國著名氣動力學(xué)家卞蔭貴先生。早在1975年國防科學(xué)技術(shù)委員會成立氣動力、氣動熱和氣動物理三個專業(yè)組時，卞蔭貴先生就被聘請為氣動物理專業(yè)組組長，他是我國氣動物理的倡導(dǎo)者和領(lǐng)路人，他為我國開展氣動物理研究、為我國發(fā)展戰(zhàn)略武器和衛(wèi)星研制做出了重大貢獻(xiàn)。另外，他直接率領(lǐng)的中國科學(xué)院力學(xué)研究所第11研究室早在20世紀(jì)80年代便在戰(zhàn)略彈頭氣動力、氣動熱和熱防護(hù)研究方面、在再入通訊可行性途徑的研究方面、在高超聲速飛行器底部流動及傳熱分析方面取得了創(chuàng)新性的重大成果，并分別于1978年、1980年、1986年和1987年等多次榮獲全國科學(xué)大會獎、中國科學(xué)院科技進(jìn)步獎和國家科技進(jìn)步獎。此外，卞先生還于1986年出版了《高溫邊界層傳熱》，1997年出版了《氣動熱力學(xué)》，這兩部重要著作填補(bǔ)了當(dāng)時我國在高超聲速飛行器氣動設(shè)計與熱防護(hù)領(lǐng)域出版的空白，為全國高校航天類研究生和廣大航天科技人員從事這一領(lǐng)域研究指明了前進(jìn)的方向，提供了十分寶貴的學(xué)習(xí)素材。本書的**作者有幸能夠在錢學(xué)森先生任所長的中國科學(xué)院力學(xué)研究所和吳仲華先生任所長的中國科學(xué)院工程熱物理研究所工作16年，能夠在吳仲華先生和卞蔭貴先生的直接教誨下從事科研，尤其是卞先生27年（1978～2005）精心的培育和指導(dǎo)，這是王保國人生中*寶貴的財富。另外，本書的兩位作者自1991年6月合作至今，20多年共同不懈地努力使他們真正感受到高超聲速飛行與再入問題的重要性，感受到外流氣動熱力學(xué)與葉輪機(jī)械氣動熱力學(xué)之間的共同基礎(chǔ)與相互融合，深刻體會到錢學(xué)森先生、郭永懷先生、吳仲華先生在中國科學(xué)科技大學(xué)建校初期創(chuàng)辦與設(shè)計這些專業(yè)方向的良苦用心，這也正是本書的兩位作者下決心將本書問世的真正動力。 隨著航天和導(dǎo)彈技術(shù)的發(fā)展，人們已不局限于研究高超聲速飛行器的“再入”狀態(tài)，而是要求能夠掌握飛行器在各種飛行狀態(tài)下飛行器周圍等離子體對電磁信號的傳輸效應(yīng)、掌握對飛行器電磁導(dǎo)航和末制導(dǎo)的影響。另外，隨著光電技術(shù)的飛速發(fā)展，各種光電偵察、探測、觀瞄、制導(dǎo)等裝備器材（如主動紅外夜視儀、激光測距儀、目標(biāo)指示器、微光夜視儀、紅外熱像儀、紅外輻射儀等）的研究、應(yīng)用與開發(fā)在航天器和新型武器裝備上獲得了較大的發(fā)展，而這些儀器的應(yīng)用都離不開對目標(biāo)、背景和大氣的紅外特征的掌握，離不開氣動力學(xué)與電磁理論以及輻射輸運(yùn)理論之間的融合，也離不開氣動力學(xué)與光學(xué)理論之間的結(jié)合。正是由于飛行器技術(shù)發(fā)展所提出的物理問題范圍在不斷拓展，“再入物理”這個術(shù)語已不能涵蓋上述新出現(xiàn)的交叉學(xué)科所研究的內(nèi)容，因此“氣動物理（aerophysics）”這一術(shù)語便被使用。文獻(xiàn)[31]對氣動物理規(guī)范了一個研究范圍，即研究物體和空氣相對運(yùn)動時相互作用引起的物體周圍氣體物理性質(zhì)的變化及其與電磁波、光波相互作用的規(guī)律，并應(yīng)用這些規(guī)律解決實(shí)際問題的一個空氣動力學(xué)分支，是空氣動力學(xué)與物理學(xué)的一個交叉學(xué)科。按照這個說法，氣動與電磁學(xué)的結(jié)合、氣動與光學(xué)的結(jié)合、氣動與高溫氣體輻射光譜特性的結(jié)合等都屬于氣動物理的范疇。 在飛行器高超聲速飛行與再入的過程中，除了上述氣動物理所研究的問題之外，飛行器的繞流問題是十分復(fù)雜的[16，32~34]。這時的流動往往處于高溫非平衡態(tài)，例如，航天器在離地球表面80km或更高的高空并以20～30的Mach數(shù)再入地球大氣層時，化學(xué)非平衡和熱力學(xué)非平衡效應(yīng)十分顯著，因此要研究這一過程，就必須將氣動力學(xué)與化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)相結(jié)合，而化學(xué)熱力學(xué)與化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)屬于化學(xué)學(xué)科研究的內(nèi)容。另外，在再入飛行過程中熾熱的氣體將飛行器表面材料的燒蝕（ablation）過程應(yīng)屬于物理化學(xué)的研究范疇。綜上所述，飛行器進(jìn)行高超聲速飛行與再入問題的過程中，除了要涉及高速氣體動力學(xué)問題之外，還要涉及大量的氣動化學(xué)和氣動物理的問題，這里我們將氣體動力學(xué)與物理化學(xué)的結(jié)合稱作物理化學(xué)氣體動力學(xué)（physicochemical gasdynamics），而研究這門交叉學(xué)科的方法應(yīng)該從分子和原子角度人手，采取微觀分析和宏觀描述相結(jié)合的方法，為此我們將這種處理稱為PCGD的原子分子理論（atomic and molecular theory of physicochemical gasdynamics，AMTPCGD）。在具體處理高超聲速飛行和再入問題的過程中，我們將所涉及的物理化學(xué)氣體動力學(xué)問題分成了四個子方向，如圖1.1所示，即①高超聲速氣動熱力學(xué)；②高超聲速飛行中的輻射輸運(yùn)理論和輻射流體力學(xué)；③氣動電磁學(xué)磁流體力學(xué)；④氣動光學(xué)原理與計算模型。 圖1.1 高超聲速飛行與再入問題中PCGD的原子分子理論及其涵蓋的四個分支學(xué)科 高超聲速氣動熱力學(xué)是氣體動力學(xué)與熱力學(xué)、化學(xué)動力學(xué)、統(tǒng)計力學(xué)和量子物理相結(jié)合所形成的新分支學(xué)科。由于飛行器進(jìn)行高超聲速再入飛行，通常會涉及四個流區(qū)（自由分子流區(qū)、過渡流區(qū)、滑移流區(qū)、連續(xù)介質(zhì)流區(qū)），根據(jù)飛行器再入時Knudsen數(shù)的大小，稀薄區(qū)采用DSMC（direct simulation Monte Carlo）方法，連續(xù)介質(zhì)區(qū)采用多組分、考慮非平衡態(tài)氣體振動與熱化學(xué)非平衡態(tài)效應(yīng)的廣義Navier-Stokes方程，而過渡區(qū)仍可使用DSMC方法，文獻(xiàn)[5]給出了上述流動處理的細(xì)節(jié)，這里不再贅述。 飛行器在進(jìn)行高超聲速飛行時，輸運(yùn)理論和輻射輸運(yùn)方程十分重要。任何一種輻射體都有它特有的輻射光譜，以區(qū)別于其他物體。因此，航天器和導(dǎo)彈目標(biāo)的這些輻射的光譜特性成為探測識別指示航天器和導(dǎo)彈目標(biāo)的重要依據(jù)。高溫氣體輻射是氣體原子分子能態(tài)的激發(fā)和去激發(fā)過程，原子分子輻射的波長范圍取決于所躍遷能級間的能量差，輻射強(qiáng)度要依賴于參與躍遷的粒子數(shù)。因此，研究高溫氣體輻射要從原子分子結(jié)構(gòu)、能級分布和躍遷概率人手，這是理論物理中原子和分子物理學(xué)以及分子光譜學(xué)的研究內(nèi)容。流場中高溫氣體輻射要遵循輻射輸運(yùn)方程。為了確定流場中每一體元的輻射強(qiáng)度，需要知道每種組分在不同狀態(tài)下的吸收/發(fā)射系數(shù)。而要確定高溫氣體組分的吸收系數(shù)需要從原子分子的微觀能級分布和常態(tài)光譜數(shù)據(jù)出發(fā)，不僅要去考慮不同內(nèi)能能級之間的耦合，還應(yīng)該考慮到譜線加寬效應(yīng)和能級之間的躍遷概率等，因此如何較準(zhǔn)確地確定高溫狀態(tài)下氣體組分吸收系數(shù)和其他輻射光譜數(shù)據(jù)對輻射輸運(yùn)方程的計算至關(guān)重要。輻射僅是能量傳移的一種形式，在分析飛行器表面輻射加熱和求解流

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