天体物理学的流体动力学原理
www.zhiqu.org 时间： 2024-06-16
流体动力学的基本公理为守恒律，特别是质量守恒、动量守恒（也称作牛顿第二与第三定律）以及能量守恒。这些守恒律以经典力学为基础，并且在量子力学及广义相对论中有所修改。它们可用雷诺传输定理(Reynolds transport theorem)来表示。
除了上面所述，流体还假设遵守“连续性假设”(continuum assumption)。流体由分子所组成，彼此互相碰撞，也与固体相碰撞。然而，连续性假设考虑了流体是连续的，而非离散的。因此，诸如密度、压力、温度以及速度等性质都被视作是在无限小的点上具有良好定义的，并且从一点到另一点是连续变动。流体是由离散的分子所构成的这项事实则被忽略。
若流体足够致密，可以成为一连续体，并且不含有离子化的组成，速度相对于光速是很慢的，则牛顿流体的动量方程为“纳维-斯托克斯方程”。其为非线性微分方程，描述流体的流所带有的应力是与速度及压力呈线性相依。未简化的纳维-斯托克斯方程并没有一般闭形式解，所以只能用在计算流体力学，要不然就需要进行简化。方程可以通过很多方法来简化，以容易求解。其中一些方法允许适合的流体力学问题能得到闭形式解。
除了质量、动量与能量守恒方程之外，另外还有热力学的状态方程，使得压力成为流体其他热力学变量的函数，而使问题得以被限定。
组成内容
研究运动流体的规律和运动流体与边界之间相互作用的流体力学分支。流体动力学的主要内容包括：流体动力学基本方程、无粘性不可压缩流体动力学、粘性不可压缩流体动力学、气体动力学和透平机械气体动力学。
流动种类：定常流动、非定常流动
流动形态：层流、紊流
流动稳定性：不可压缩流动、 可压缩流动、粘性流动、无粘流动
所谓动理学，研究的是系统粒子在相空间分布函数的演化。粒子在相空间的分布函数是对多粒子体系的最精确的描述。
在刚传入国内的时候，kinetic theory是翻译为“动力学”的，但这与力学中的dynamic theory无法区分，而两者的处理对象和处理方法有明显差别。于是后来便约定将kinetic theory翻译为“动理学”。
动理学方法和流体力学方法都是研究多粒子体系（固液气、等离子体等等）物理性质的理论工具，但动理学方法与流体力学方法的三维坐标空间描述不同，它通常是在六维的“坐标-速度”空间来描述，而且还可以扩展到6N维空间。
之所以需要用速度空间来描述，是因为有些多粒子体系的行为和它们粒子的速度状态有密切关系，因此仅仅在坐标空间作描述就不够了。多粒子体系中最常见的动理学问题是粒子间的相互作用对其速度与空间状态的影响。
当体系是由中性粒子组成时，粒子间只有接近到原子或分子的半径范围内时才会发生相互作用，我们通常用碰撞来描述它。因此碰撞及其引起的输运过程是动理学方法最早也是最主要的研究对象。这就是我们熟知的分子动理学。
但如果体系是由带电粒子组成（如等离子体体系），它们之间通过库仑力相互作用，即使考虑了多体造成的屏蔽影响（即德拜屏蔽），库仑力的力程仍然远大于粒子间距。于是当带电粒子相互接近时， 在发生碰撞前就受到了长时间、远距离的相互作用，这就不能仅用分子动理学中的碰撞与输运来描述了。描述这类体系的动理学理论也就比固液气的要复杂得多。
通常把带电粒子间的相互作用以德拜长度为界，在定性上分成两部分：即粒子间距小于德拜长度的短程相互作用和大于德拜长度的长程相互作用。
对短程相互作用仍沿用中性粒子情况下的碰撞围像，但其定量描述要作一定的修改；而大量粒子参与的长程相互作用，则用自洽场来描述。在许多等离子体中这两类物理过程的特征时间尺度和空间尺度可以相差多个数量级，因此可以分别加以研究。这样就形成了等离子体动理学理论的两大部分：碰撞和输运理论及自洽场的弗拉索夫（Vlasov）理论。
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#年苛洪# 宇宙学和天体物理学的区别在哪里? -
(15190738988)： 我的理解,宇宙学之于天体物理学,就相当于电磁学之于物理学.天体物理学是研究所有天体——从恒星到星系,从星云到黑洞,从恒星演化到超新星爆发,等等,一切天文现象中物理过程的统称.宇宙学则是天体物理学的一个分支,着重于将宇宙本身当作一个整体,来研究它的诞生、发展、演化和未来.宇宙学的研究目标,包括宇宙早期的微波背景辐射,宇宙中的元素核合成、宇宙中物质(星系)成群成团分布的性质,影响宇宙未来演化方向的暗物质和暗能量,等等.除了宇宙学涉及的领域之外,天体物理学的研究对象还包括:恒星形成与演化、星系动力学、超新星爆发、活动星系核等诸多领域.就好像除了电磁学,物理学中还包括力学、热学、流体力学、量子力学等许多领域一样.
#年苛洪# 流体力学的本质是什么? -
(15190738988)： 流体力学,是力学门分支,是研究流体(包含气体、液体及等离子体)现象以及相关力学行为的科学.流体力学可以按照研究对象的运动方式分为流体静力学和流体动力学,前者研究处于静止状态的流体,后者研究力对于流体运动的影响.流体力学按照应用范围,分为水力学及空气动力学等等.流体力学是连续介质力学的一门分支,是以宏观的角度来考虑系统特性,而不是微观的考虑系统中每一个粒子的特性.流体力学(尤甚是流体动力学)是一个活跃的研究领域,其中有许多尚未解决或部分解决的问题.流体动力学在数学上非常复杂,最佳的处理方式是利用电脑进行数值分析.
#年苛洪# 天体力学的基础是什么 - 作业帮
(15190738988)：[答案] 是天文学和力学之间的交叉学科,是天文学中较早形成的一个分支学科,它主要应用力学规律来研究天体的运动和形状.天体力学以往所涉及的天体主要是太阳系内的天体,五十年代以后也包括人造天体和一些成员不多(几个到几百个)的恒星系统....
#年苛洪# 物理是科学吗? -
(15190738988)： 科学范畴广,分自然科学和社会科学,物理是自然科学的一部分,物理本身就有很多分支,比如天体物理,固体物理固体力学,热力学波动学,流体力学,空气动力学,电磁光学,量子学,物理化学,数学物理等等,每种学科都相互联系互为基础,
#年苛洪# 流体动力学的应用领域 -
(15190738988)： 流体动力学研究的对象是运动中的流体(流体指液体和气体)的状态与规律. 流体动力学底下的小学科包括有空气动力学(研究气体)和 hydrodynamics(研究液体) 流体动力学(Fluid dynamics)是流体力学的一门子学科. 流体动力学有很大的应用,在预测天气,计算飞机所受的力和力矩,输油管线中石油的流率等方面.其中的的一些原理甚至运用在交通工程.交通运输本身被视为一连续流体,解决一个典型的流体动力学问题,需要计算流体的多项特性,包括速度,压力,密度,温度.
#年苛洪# 流体空气动力学是什么? -
(15190738988)： 流体力学,是研究流体(液体和气体)的力学运动规律及其应用的学科.主要研究在各种力的作用下,流体本身的状态,以及流体和固体壁面、流体和流体间、流体与其他运动形态之间的相互作用的力学分支.流体力学是力学的一个重要分支,它主要研究流体本身的静止状态和运动状态,以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动的规律.在生活、环保、科学技术及工程中具有重要的应用价值. 空气动力学是力学的一个分支,它主要研究物体在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.它是在流体力学的基础上,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
#年苛洪# 流体力学的概述有哪些?
(15190738988)： 但流体力学尤其是流体动力学作为一门严密的科学,却是随着经典力学建立了速度、加速度,力、流场等概念,以及质量、动量、能量三个守恒定律的奠定之后才逐步形成的
#年苛洪# 什么是空气动力学
(15190738988)： 空气动力学是力学的一个分支,它主要研究物体在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.它是在流体力学的基础上,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.
#年苛洪# 空气动力学和流体力学的关系? - 作业帮
(15190738988)：[答案] 流体力学是研究流体(包括气体、液体)运动规律及传热、传质规律的学科. 流体力学的基础理论由三部分组成: 1.流体静力学:研究流体处于平衡静止状态时各种作用在流体上力的规律的学科. 2.流体动力学:研究流体处于运动状态时各种作用...
除了上面所述，流体还假设遵守“连续性假设”(continuum assumption)。流体由分子所组成，彼此互相碰撞，也与固体相碰撞。然而，连续性假设考虑了流体是连续的，而非离散的。因此，诸如密度、压力、温度以及速度等性质都被视作是在无限小的点上具有良好定义的，并且从一点到另一点是连续变动。流体是由离散的分子所构成的这项事实则被忽略。
若流体足够致密，可以成为一连续体，并且不含有离子化的组成，速度相对于光速是很慢的，则牛顿流体的动量方程为“纳维-斯托克斯方程”。其为非线性微分方程，描述流体的流所带有的应力是与速度及压力呈线性相依。未简化的纳维-斯托克斯方程并没有一般闭形式解，所以只能用在计算流体力学，要不然就需要进行简化。方程可以通过很多方法来简化，以容易求解。其中一些方法允许适合的流体力学问题能得到闭形式解。
除了质量、动量与能量守恒方程之外，另外还有热力学的状态方程，使得压力成为流体其他热力学变量的函数，而使问题得以被限定。
组成内容
研究运动流体的规律和运动流体与边界之间相互作用的流体力学分支。流体动力学的主要内容包括：流体动力学基本方程、无粘性不可压缩流体动力学、粘性不可压缩流体动力学、气体动力学和透平机械气体动力学。
流动种类：定常流动、非定常流动
流动形态：层流、紊流
流动稳定性：不可压缩流动、 可压缩流动、粘性流动、无粘流动
所谓动理学，研究的是系统粒子在相空间分布函数的演化。粒子在相空间的分布函数是对多粒子体系的最精确的描述。
在刚传入国内的时候，kinetic theory是翻译为“动力学”的，但这与力学中的dynamic theory无法区分，而两者的处理对象和处理方法有明显差别。于是后来便约定将kinetic theory翻译为“动理学”。
动理学方法和流体力学方法都是研究多粒子体系（固液气、等离子体等等）物理性质的理论工具，但动理学方法与流体力学方法的三维坐标空间描述不同，它通常是在六维的“坐标-速度”空间来描述，而且还可以扩展到6N维空间。
之所以需要用速度空间来描述，是因为有些多粒子体系的行为和它们粒子的速度状态有密切关系，因此仅仅在坐标空间作描述就不够了。多粒子体系中最常见的动理学问题是粒子间的相互作用对其速度与空间状态的影响。
当体系是由中性粒子组成时，粒子间只有接近到原子或分子的半径范围内时才会发生相互作用，我们通常用碰撞来描述它。因此碰撞及其引起的输运过程是动理学方法最早也是最主要的研究对象。这就是我们熟知的分子动理学。
但如果体系是由带电粒子组成（如等离子体体系），它们之间通过库仑力相互作用，即使考虑了多体造成的屏蔽影响（即德拜屏蔽），库仑力的力程仍然远大于粒子间距。于是当带电粒子相互接近时， 在发生碰撞前就受到了长时间、远距离的相互作用，这就不能仅用分子动理学中的碰撞与输运来描述了。描述这类体系的动理学理论也就比固液气的要复杂得多。
通常把带电粒子间的相互作用以德拜长度为界，在定性上分成两部分：即粒子间距小于德拜长度的短程相互作用和大于德拜长度的长程相互作用。
对短程相互作用仍沿用中性粒子情况下的碰撞围像，但其定量描述要作一定的修改；而大量粒子参与的长程相互作用，则用自洽场来描述。在许多等离子体中这两类物理过程的特征时间尺度和空间尺度可以相差多个数量级，因此可以分别加以研究。这样就形成了等离子体动理学理论的两大部分：碰撞和输运理论及自洽场的弗拉索夫（Vlasov）理论。
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#年苛洪# 宇宙学和天体物理学的区别在哪里? -
(15190738988)： 我的理解,宇宙学之于天体物理学,就相当于电磁学之于物理学.天体物理学是研究所有天体——从恒星到星系,从星云到黑洞,从恒星演化到超新星爆发,等等,一切天文现象中物理过程的统称.宇宙学则是天体物理学的一个分支,着重于将宇宙本身当作一个整体,来研究它的诞生、发展、演化和未来.宇宙学的研究目标,包括宇宙早期的微波背景辐射,宇宙中的元素核合成、宇宙中物质(星系)成群成团分布的性质,影响宇宙未来演化方向的暗物质和暗能量,等等.除了宇宙学涉及的领域之外,天体物理学的研究对象还包括:恒星形成与演化、星系动力学、超新星爆发、活动星系核等诸多领域.就好像除了电磁学,物理学中还包括力学、热学、流体力学、量子力学等许多领域一样.
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(15190738988)： 流体力学,是力学门分支,是研究流体(包含气体、液体及等离子体)现象以及相关力学行为的科学.流体力学可以按照研究对象的运动方式分为流体静力学和流体动力学,前者研究处于静止状态的流体,后者研究力对于流体运动的影响.流体力学按照应用范围,分为水力学及空气动力学等等.流体力学是连续介质力学的一门分支,是以宏观的角度来考虑系统特性,而不是微观的考虑系统中每一个粒子的特性.流体力学(尤甚是流体动力学)是一个活跃的研究领域,其中有许多尚未解决或部分解决的问题.流体动力学在数学上非常复杂,最佳的处理方式是利用电脑进行数值分析.
#年苛洪# 天体力学的基础是什么 - 作业帮
(15190738988)：[答案] 是天文学和力学之间的交叉学科,是天文学中较早形成的一个分支学科,它主要应用力学规律来研究天体的运动和形状.天体力学以往所涉及的天体主要是太阳系内的天体,五十年代以后也包括人造天体和一些成员不多(几个到几百个)的恒星系统....
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(15190738988)： 科学范畴广,分自然科学和社会科学,物理是自然科学的一部分,物理本身就有很多分支,比如天体物理,固体物理固体力学,热力学波动学,流体力学,空气动力学,电磁光学,量子学,物理化学,数学物理等等,每种学科都相互联系互为基础,
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(15190738988)： 流体动力学研究的对象是运动中的流体(流体指液体和气体)的状态与规律. 流体动力学底下的小学科包括有空气动力学(研究气体)和 hydrodynamics(研究液体) 流体动力学(Fluid dynamics)是流体力学的一门子学科. 流体动力学有很大的应用,在预测天气,计算飞机所受的力和力矩,输油管线中石油的流率等方面.其中的的一些原理甚至运用在交通工程.交通运输本身被视为一连续流体,解决一个典型的流体动力学问题,需要计算流体的多项特性,包括速度,压力,密度,温度.
#年苛洪# 流体空气动力学是什么? -
(15190738988)： 流体力学,是研究流体(液体和气体)的力学运动规律及其应用的学科.主要研究在各种力的作用下,流体本身的状态,以及流体和固体壁面、流体和流体间、流体与其他运动形态之间的相互作用的力学分支.流体力学是力学的一个重要分支,它主要研究流体本身的静止状态和运动状态,以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动的规律.在生活、环保、科学技术及工程中具有重要的应用价值. 空气动力学是力学的一个分支,它主要研究物体在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.它是在流体力学的基础上,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
#年苛洪# 流体力学的概述有哪些?
(15190738988)： 但流体力学尤其是流体动力学作为一门严密的科学,却是随着经典力学建立了速度、加速度,力、流场等概念,以及质量、动量、能量三个守恒定律的奠定之后才逐步形成的
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(15190738988)： 空气动力学是力学的一个分支,它主要研究物体在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.它是在流体力学的基础上,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.
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(15190738988)：[答案] 流体力学是研究流体(包括气体、液体)运动规律及传热、传质规律的学科. 流体力学的基础理论由三部分组成: 1.流体静力学:研究流体处于平衡静止状态时各种作用在流体上力的规律的学科. 2.流体动力学:研究流体处于运动状态时各种作用...
