電流體動力學

電流體動力學的研究對象是由帶電粒子和中性粒子組成的二組元系統(tǒng)。這一系統(tǒng)可用單組元流體模型作近似處理。假定表征介質(zhì)性質(zhì)的系數(shù)都是常數(shù)且流體是理想的（無粘性、無電阻、不導(dǎo)熱），則基本方程組包括：

連續(xù)性方程

能量方程

運動方程

狀態(tài)方程

電場方程

廣義歐姆定律

式中p為流體壓力；ρ為流體密度；T為溫度；v為流體速度；E為電場強度；J為電流密度；q為電荷密度；b為荷遷移率；c_v為定容比熱；R為氣體常數(shù)。電流體動力學基本方程組同磁流體力學基本方程組主要不同點是在動運方程中用靜電力qE代替J×B，在電場方程中第二式的右端用零代替項；在廣義歐姆定律中用qv代替v×B項。

在一般情況下，可建立二組元模型的方程組，表征介質(zhì)性質(zhì)的系數(shù)可以不是常數(shù)。還可以把粘性、電阻、熱傳導(dǎo)等因素也考慮進去。

電流體動力學理論主要應(yīng)用于電氣體發(fā)電裝置、電流體泵以及電流體動力工藝和動力檢測等。

電氣體發(fā)電裝置 電氣體發(fā)電是利用氣流的動能將其中的離子從低電勢區(qū)推向高電勢區(qū)，從而直接將熱能轉(zhuǎn)換成電能。電氣體發(fā)電裝置主要由絕緣通道、離子源和電荷收集極組成（見圖)。絕緣通道是發(fā)電裝置的主要部分，其作用是限定氣流的運動。離子源由絕緣氣流、電暈極和吸引極組成，它可使絕緣氣流中產(chǎn)生單極性電荷。收集極將電荷積聚起來，作為發(fā)電機的輸出端。由于單個通道值下降極小，即氣體中釋放出來的熱能很少，因此必須串聯(lián)大量通道。這樣，當工作溫度為1000℃時，發(fā)電效率可達50%以上。盡管從原理上講,電氣體發(fā)電可用于大功率民用發(fā)電,但由于技術(shù)上的困難，其實現(xiàn)前景遠不如磁流體發(fā)電明朗。電氣體發(fā)電裝置作為中、小功率的高壓電源，可用于靜電噴涂、靜電除塵、電子束焊機等裝置，特別在航天飛行器中，可作供電的隨航裝置或作為靜電火箭發(fā)動機的電源。

電氣體發(fā)電裝置和磁流體發(fā)電裝置的異同可列表如下：

氣體發(fā)電裝置和磁流體發(fā)電裝置的比較

電流體泵(離子對流泵) 工作過程是電氣體發(fā)電的逆過程。其優(yōu)點是沒有運動部件和回轉(zhuǎn)力矩，噪聲小，結(jié)構(gòu)簡單。利用電流體泵的工作原理可以制造飛行器的電氣體動力推進器。在地球大氣層中，電氣體動力推進器不如其他類型的推進器，但在某些含有高絕緣強度高壓氣體的行星大氣層中，這種電氣體動力推進器會顯示出優(yōu)越性。

電流體動力學還可應(yīng)用于電流體動力工藝（如著色、材料電鍍、作物授粉和撒藥、熏制生產(chǎn)、臭氧生產(chǎn)以及凈化和分離，等等）、電流體動力檢測（如通過測量壓力變化可確定發(fā)動機潤滑油中出現(xiàn)的微量金屬粒子，從而掌握發(fā)動機的磨損程度）以及生物和醫(yī)學中的一些領(lǐng)域。

19世紀末，人們就已觀察到電場對單極性荷電氣體的運動有直接影響。1897年，S.A.阿倫尼烏斯首次發(fā)表了電流體動力現(xiàn)象的定量研究結(jié)果。1899年，A.查托克首次提出了電暈風的電氣體動力學理論。1936年，G.龐特涅研制成利用壓縮空氣進行工作的發(fā)電機，采用特制的粉塵作電荷載體。1937年，T.巴巴特研制成巴巴特離子對流發(fā)電機。直到20世紀50年代，電流體動力學才真正開始成為一門較系統(tǒng)的學科。

電流體動力學有三個主要的研究領(lǐng)域：①電流體動力學過程的數(shù)學描述和理論分析：包括電流體動力學基本方程組的建立；電流體動力學判據(jù)的確定；電流體動力學流動的研究，包括單組元電氣體動力流動、電氣體動力流動中的間斷、二組元電氣體動力流動、電氣體動力波動等的研究。②電流體動力過程的物理研究：包括電氣體動力放電、輸運系數(shù)的研究；電場對運動介質(zhì)基本特性的影響的研究等。③電流體動力過程在工程技術(shù)中的應(yīng)用：包括各種電氣體動力裝置的理論和實驗研究；實驗室樣機和半工業(yè)樣機的研制。

半導(dǎo)體磁流體動力學模型是一類出現(xiàn)在半導(dǎo)體器件科學中的宏觀流體動力學方程組，它是在自相容電磁場的影響下描述電子和離子的，刻畫了高頻率條件下運轉(zhuǎn)的半導(dǎo)體器件其內(nèi)部電了的輸運過程。模型方程組是由電子的質(zhì)量和速度的守恒律方程禍合電磁場的Maxwell方程構(gòu)成的。

目前對半導(dǎo)體磁流體動力學模型已經(jīng)有非常多的研究。就半導(dǎo)體磁流體動力學模型方程組的類型而言，它是一類可對稱化的擬線性雙曲型方程組。一般來說，哪怕是在光滑的小初始條件下，擬線性雙曲型方程組的經(jīng)典解仍會在有限時問內(nèi)破裂而產(chǎn)生激波。

磁流體動力學主要應(yīng)用于三個方面：天體物理、受控熱核反應(yīng)和工業(yè)。

磁流體動力學磁流體動力學天體物理

宇宙中恒星和星際氣體都是等離子體，而且有磁場，故磁流體力學首先在天體物理、太陽物理和地球物理中得到發(fā)展和應(yīng)用。當前，關(guān)于太陽的研究課題有：太陽磁場的性質(zhì)和起源，磁場對日冕、黑子、耀斑的影響。此外還有：星際空間無作用力場存在的可能性，太陽風與地球磁場相互作用產(chǎn)生的弓形激波，新星、超新星的爆發(fā)，地球磁場的起源，等等。

磁流體動力學磁流體動力學受控熱核反應(yīng)方面

受控熱核方應(yīng)方面 這方面的應(yīng)用有可能使人類從海水中的氘獲取巨大能源。受控熱核反應(yīng)的目的就是把輕元素組成的氣體加熱到足夠發(fā)生核聚變的高溫，并約束它足夠的時間，以使核反應(yīng)產(chǎn)生的能量大于所消耗的能量。對氘、氚混合氣來說，要求溫度達到5000萬到1億開并要求粒子密度和約束時間的乘積不小于10秒/厘米（勞孫條件）。托卡馬克（環(huán)形磁約束裝置）在受控熱核反應(yīng)研究中顯出優(yōu)越性。美、蘇和一些西歐國家各自在托卡馬克的研究上取得進展，但只得到單項指標滿足勞孫條件的等離子體，沒有得到溫度、密度和約束時間都滿足勞孫條件的等離子體。磁鏡、托卡馬克和其他磁約束裝置的運行范圍都受穩(wěn)定性的限制，即電流或粒子密度越大，穩(wěn)定性越差，所以必須開展對等離子體中的平衡和大尺度不穩(wěn)定性預(yù)測的磁流體力學研究，以期得到穩(wěn)定的并充分利用磁場的托卡馬克磁約束裝置。

磁流體動力學磁流體動力學工業(yè)方面

磁流體力學除了與開發(fā)和利用核聚變能有關(guān)外，還與磁流體發(fā)電密切聯(lián)系。磁流體發(fā)電的原理是用等離子體取代發(fā)電機轉(zhuǎn)子，省去轉(zhuǎn)動部件，這樣可以把普通火力發(fā)電站或核電站的效率提高15?20%，甚至更高，既可節(jié)省能源，又能減輕污染。為了提高磁流體發(fā)電裝罝的熱效率，必須運用磁流體力學來分析發(fā)電通道中的流動規(guī)律，傳熱、傳質(zhì)規(guī)律和電特性。研究利用煤粉作燃料的磁流體發(fā)電對產(chǎn)煤豐富的國家有重要意義，這種研究目前正向工業(yè)發(fā)電階段發(fā)展。蘇聯(lián)已實現(xiàn)天然氣磁流體發(fā)電。

用導(dǎo)電流體取代電動機轉(zhuǎn)子的設(shè)備，即用磁力驅(qū)動導(dǎo)電流體的裝置有電磁泵和磁流體力學空間推進器（見電磁推進）。電磁泵已用于核能動力裝置中傳熱回路內(nèi)液態(tài)金屬的傳輸，冶金和鑄造工業(yè)中熔融金屬的自動定量澆注和攪拌，化學工業(yè)中汞、鉀、鈉等有害和危險流體的輸送等方面。電磁推進研究用磁場力加速等離子體以期得到比化學火箭大得多的比沖。

飛行器再入大氣層時，激波、空氣對飛行器的摩擦，使飛行器的表面空氣受熱而電離成為等離子體，因此利用磁場可以控制對飛行器的傳熱和阻力。但由于磁場裝置過重，這種設(shè)想尚未能實現(xiàn)。2100433B

流體動力學研究的對象是運動中的流體(流體指液體和氣體)的狀態(tài)與規(guī)律。 流體動力學底下的小學科包括有空氣動力學(研究氣體)和 hydrodynamics(研究液體)

流體動力學(Fluid dynamics)是流體力學的一門子學科。

流體動力學有很大的應(yīng)用,在預(yù)測天氣,計算飛機所受的力和力矩,輸油管線中石油的流率等方面。其中的的一些原理甚至運用在交通工程。交通運輸本身被視為一連續(xù)流體,解決一個典型的流體動力學問題,需要計算流體的多項特性,包括速度,壓力,密度,溫度。