高超聲速飛行中的輻射輸運和磁流體力學

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、內容和意義 6
第一篇 氣體動理學、輸運理論和氣動熱力學基本方程組
第2章 Boltzmann方程和廣義Boltzmann方程 11
2.1 Boltzmann方程的守恒性質和宏觀守恒方程 11
2.2 單原子分子、多組元氣體的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)的主要特點及其分析 24
第3章 粒子輸運方程、Lorentz變換和輻射輸運方程 29
3.1 粒子輸運方程和中子輸運方程 29
3.2 輻射輸運方程 32
3.3 Lorentz變換 34
3.4 輻射輸運方程的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、熱力學與化學非平衡態(tài)流動的控制方程組 45
第二篇 輻射流體力學基本方程組及其數(shù)值求解方法
第5章 非定?？蓧嚎s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分布的輻射輸運方程 92
6.1 輻射的本質和電磁輻射的波譜范圍 92
6.2 輻射輸運方程的擴散近似和散射相函數(shù)截斷的方法 97
6.3 輻射輸運方程中吸收系數(shù)的計算 105
6.4 K分布方法與關聯(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 考慮電子散射效應的Fokker-Planck方程 139
6.8 考慮介質折射率的輻射輸運方程 145
6.9 輻射輸運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分布的輻射輸運方程 155
第7章 高超聲速飛行中輻射流體力學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基本方程組 174
7.4 二維非定常輻射流體力學方程組 181
第三篇 電磁流體力學基礎與矢量輻射輸運方程
第8章 Maxwell方程組的數(shù)學結構和電磁場中帶電粒子的運動 187
8.1 “黑障”問題的出現(xiàn)和氣動電磁學的內涵 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)學結構及其邊界條件 193
8.4 電磁流體力學基本方程組及其數(shù)學結構 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動的Lagrange函數(shù)與Hamilton函數(shù) 207
8.7 運動點電荷的電磁場及其帶電粒子的加速運動 211
8.8 電子的電磁質量與輻射阻尼力 214
8.9 Vlasov方程和耦合的方程組 216
第9章 磁流體力學的一維和多維流動及其穩(wěn)定性理論 224
9.1 帶電體運動與電磁場相互作用的經(jīng)典理論 225
9.2 磁流體力學的基本標度及其多組元模型 228
9.3 磁流體力學的雙組元模型 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 磁流體力學中小擾動方程及其簡單波流動的特征 246
9.8 磁流體力學的激波關系 259
9.9 冷和熱等離子體中的波及其色散關系 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 理想磁流體力學穩(wěn)定性問題的一般方程及其應用 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 312
第10章 狹義相對論下磁流體力學方程組的構成 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張量和能動張量 328
10.6 狹義相對論下理想磁流體力學基本方程組 333
第11章 考慮輻射偏振特性的矢量輻射輸運方程 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 336
11.2 入射波具有帶寬時Stokes參數(shù)的表達 339
11.3 標量的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 344
第四篇 磁流體力學基本方程組的數(shù)值求解方法
第12章 磁流體力學基本方程組的高精度、高分辨率解法 351
12.1 磁流體力學數(shù)值方法研究的某些進展和應用背景 351
12.2 磁流體力學的基本方程及其基本假設 354
12.3 兩類守恒型磁流體力學基本方程組 359
12.4 求解磁流體力學的數(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 非結構網(wǎng)格下有限體積的Gauss-Seidel迭代法 371
12.9 非結構網(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 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 470