稀薄气体动力学

稀薄气体动力学是空气动力学的一个重要分支，是原子分子物理、统计力学、分子动理论和宏观的气体动力学的交叉学科。在原子和分子结构确立之后，如何从它们出发理解和认识宏观流动中的非平衡和非线性输运过程，是现代力学的核心问题之一。了解航天飞行器在高空的气动力热和微机电系统（MEMS）中气体的流动规律都需要研究和发展稀薄气体动力学。现代稀薄气体动力学的研究是从钱学森的开创性的工作开始的，他按照Kn数的大小，稀薄气体动力学分为3个区域：滑流区（0.01<>10），其中过渡领域是稀薄气体动力学研究的核心的也是最困难的课题。目前需要关注的主要科学问题有：过渡领域的求解；微尺度流动；稀薄等离子体的模拟；有化学反应、等离子体效应、辐射影响、壁面效应等流动的实验和模拟计算的研究等。在20世纪，50年代末的高真空泵设计迫切需要稀薄气体的知识；80年代末，美国加州大学伯克利分校的学者利用微电子加工技术制造了一台直径100μm的马达，目前微系统特征尺度已在亚微米量级。当流动介质为气体在其中流动时，稀薄气体效应已经非常显著。如何利用稀薄气体理论指导微系统的设计，是当前的研究热点之一。可以预计，随着我国航天事业向载人、登月和建造航天站的发展，稀薄气体动力学的作用将变得越来越重要。