Boltzmann方程用于气体分子系统与用于非平衡等离子体之间的差异

尽管严格地说传统的Boltzmann方程应用范围仅是中性气体分子系统,但将其应用于常见的非平衡等离子体包括大气压条件下流动的非平衡等离子体时,对其结果做一定修正后仍然正确。为解释其原因,对Boltzmann方程的建立过程进行了分析。结果表明:要将Boltzmann方程的应用范围从中性气体分子体系扩展到各种条件下的非平衡等离子体,同时又不必在最后结果上做人为的修正,则Boltzmann方程右边碰撞项的后面要加上产生项和损失项。添加了产生项和损失项的Boltzmann方程是一个既适用于气体分子系统也适用于各种非平衡等离子体的普适基本方程。     

用于非平衡热等离子体数值模拟的物理数学模型

准确的物理数学模型,包括基本控制方程及与其相应的等离子体热力学与输运性质计算公式,是采用数值模拟方法深入研究非平衡热等离子体体系中传热、流动及其他复杂物理化学过程的基础。为此从Boltzmann方程出发,首先推导出描述等离子体中不同组分质量守恒、动量守恒和能量守恒方程以及电流连续性方程等基本控制方程,然后采用修正的Chapman-Enskog方法推导出等离子体输运性质参数,包括扩散系数、粘性系数、电子和重粒子平动热导率和电导率等的表达式。不仅在保证等离子体体系质量、动量、能量和电荷通量自洽的前提下封闭了控制方程,而且与现有广泛采用的描述平衡态热等离子体特性的模型间的自洽性也得到了保证。另外,采用所提出的方法推导出的非平衡热等离子体物理数学模型可以避免对目前仍存在争议的定压比热、反应热导率等参数的定义和计算。     

让信息技术为物理实验教学插上飞翔的翅膀

物理是一门研究物质世界生活及现象的学科,也是一门以实验为基础的学科,物理实验对物理学的发展起到了至关重要的作用,物理实验对提高学生学习兴趣、理解物理原理都有深远的意义。面对物理这门充满纷繁复杂现象的学科,我们如何能够在21世纪的信息时代,在物理知识的海洋中乘风破浪呢？下面结合自己在物理实验教学中的实践阐述自己的观点。     

一种仿真SF6断路器灭弧室气流场的新方法

本文提出基于格子Boltzmann方法的一种仿真SF6断路器开断过程的新方法.以252 kV压气式SF6断路器为研究对象,建立灭弧室气流场格子Boltzmann方程,推导出气流场的格子Boltz-mann模型.通过耦合触头机械运动的开断过程,仿真得到灭弧室内气流场的变化规律,将喷口上游和喉部的压力变化曲线与试验结果对比,二者有较好的一致性.结果表明,格子Boltzmann方法可以用于研究SF6断路器开断过程气流场的演变过程.     

大学物理教学中培养学生创新能力的研究

创新能力的形成和发展是后天培养与实践的结果。从当前大学物理教学中的主要问题出发,浅析了对大学物理创新能力培养的认识,探讨了激发学生学习大学物理兴趣、改革课堂教学模式、利用科技成果使物理概念和物理思想具体化、课堂教学中留给学生足够的思考空间以及引入物理学史等方面对培养创新能力的作用。     

甲烷/空气混合气体放电等离子体动力学机理分析

为研究甲烷/空气混合气体放电等离子体机理,利用建立耦合组分浓度方程和能量传递方程以及Boltzmann方程的等离子体动力学模型,分别对不同碰撞类型的电子能量损失比率、等离子体中能最传递过程以及单次放电和重复放电粒子浓度的演化规律进行了分析研究.结果表明:电子能量主要损失于电子与混合气分子的第2类、第3类碰撞过程,与第1...     

沿面介质阻挡放电等离子体特性参数的仿真计算

为了深入理解沿面介质阻挡放电(SDBD)的放电机理,揭示其产生等离子体的特性参数的演化规律,基于放电的物理过程和实验结果,以非对称结构SDBD发生器为研究对象,建立了其集总参数等效电路模型。首先参照高速相机拍摄的放电图像,估测了等离子体几何尺寸与电压幅值的关系曲线,借助Matlab/Simulink软件,联立Boltzmann方程求解器,求解基尔霍夫电压方程、电子连续性方程,得到电流、电子数密度、电子温度、等离子体电阻、气隙电压、介质表面电压等等离子体特性参数随时间的变化关系,并进一步计算了电子数密度、电子温度、电阻、容抗随电流密度的变化规律。结果表明:随着电流密度的增加,电子数密度和电子温度增大,等离子体电阻和容抗则非线性减小。研究结果可供深入分析激励器放电特性、实现阻抗匹配、提高等离子体发生器效率参考。     

改进的变压器绕组热点温度估算方法

根据变压器铁心和绕组的发热过程,详细分析了变压器铁心损耗和负载损耗的组成以及其对变压器顶层油温和热点温度的影响,从实际物理意义的角度详细解释了GB/T 15164-1994《油浸式电力变压器负载导则》推荐的绕组热点温度计算方程各参数项的含义。在此基础上,对推荐方程中的绕组指数和油指数项进行了调整和修改,使其对应的物理意义更加合理。文章最后比较了负载导则中推荐方程和改进方程的计算结果,二者反映的热点温度变化趋势相近,计算结果相差较小,改进方程在安全性方面显示出更高的可靠性。     

更新教学内容编写高水平的物理教材

物理学是工科大学生必修的一门基础理论课。随着工业技术和物理科学本身的发展(这种发展近几十年来更加快了步伐),物理学的内容和讲授方法应该有相应的革新。但是,在我国,近几十年来的工科物理教学内容,特别是反映在不少物理教材上,并没有完全适应这种时代的变化。这主要表现在:(1)30多年来内容基本未变,近代物理的基本概念没有得到恰如其分的反映。(2)讲法基本未变,不少规律还是沿用十九世纪或者刚发现时的讲述方法,结果使某些重要现象(如电和磁)与规律相对孤立,没有反映出近代物理对自然现象和规律的深刻的系统认识。(3)和目前我国中学物理教学衔接得不好。近年来,中学物理教学     

工程电介质的基础物理知识与学习思考方法

基础物理知识运用到工程电介质领域的研究中,不仅能够提高学者们的知识储备,还能提高实验技术创新水平。该文依据爱因斯坦还原论、费因曼的物理学讲义、能量守恒定律以及海逊堡测不准原理,分析了经典力学中双态及多态简谐振子的能谱特性或色散关系,晶格振动量子态——声子、氢原子、氢分子、半导体杂质能态、极化子与激子等有效半径与能谱。归纳了由薛定谔方程建立的近自由电子近似与紧束缚近似的能带结构,能隙的成因与有效质量近似的物理意义,安德逊莫特定域态的物理本质,能隙结构与应用,非均匀或复合材料逾渗理论的重要性与普适性,以及同它相关的分形与分形维数。     

水舌运动界面的格子Boltzmann仿真研究

应用格子Boltzmann两相流模型,采用Young的界面重构技术,对水舌在空气中的运动进行了数值模拟,得到水舌在空气中的运动界面和流速矢量,数值模拟结果与实际问题的物理规律一致,验证了模型的有效性与可靠性.     

导出广义主方程的一种新方法

从主方程入手，使用投影算符和Ｌａｐｌａｃｅ－Ｆｏｕｒｉｅｒ变换方法导出了广义主方程，推导方法与过程比过去所有的结果都简结明了，物理意义是显而易见的     

简化同步电机模型中的运动方程

介绍了简化同步电机模型的几种运动方程的表达式及其阻尼系数的物理意义。通过一个典型的2区域系统算例分析了各种运动方程对电力系统动态稳定特性的影响,为提高大规模电力系统仿真的准确度,提出了适用于电力系统动态稳定性分析的运动方程。     

CF_4及其N_2混合物微观放电参数计算与绝缘特性仿真研究

为研究SF_6替代气体CF_4及其N_2混合物微观放电参数,通过两项近似Boltzmann方程对室温环境下CF_4及CF_4/N_2混合物在混合比为20%～80%区间内的有效电离系数(α-η)/N进行了求解分析。利用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件首次对CF_4及CF_4/N_2混合物在均匀场下,不同混合比,不同压力条件下放电通道进行了一维模拟。仿真结果表明,CF_4/N_2混合物放电过程存在明显协同效应;CF_4放电延时随气压增大而增大,仿真结果与数值计算结果吻合。     

火电机组热经济性分析的统一物理模型和数学模型

为实现火电机组节能降耗的目的,以质量平衡方程和能量平衡方程为基础,首次建立了火电机组热经济性分析的统一物理模型,并在此基础上,建立了火电机组热经济性分析的基础数学模型,即比内功方程、循环吸热量方程和汽水分布方程。统一物理模型的形式规范简明,数学模型形式简单统一、物理意义明确, 能够适用于各种形式的火电机组。通过实例计算,验证了所建模型的正确性。为通用的热经济性在线或离线分析系统的开发奠定了基础,也为一般的热经济性分析、机组的变工况分析和制定热经济分析与能耗计算的统一标准提供了新的理论工具。     

试论物理学中的主要范式

本文从库恩的科学革命理论出发,对经典物理和现代物理两种范式进行了分析比较,而当代物理学发展趋势又对第二种范式提出了挑战。     

浅谈多媒体在初中物理实验教学中的运用

物理学是一门以观察和实验为基础的自然科学,物理实验教学往往是物理课堂教学的重点和关键,并直接影响着课堂教学质量。然而由于受时间和空间等客观条件以及仪器本身因素的限制,有些实验效果不够理想,学生难以产生丰富的联想,难以完成从实验现象到物理规律的转化,甚至有些实验根本无法实现（如物理学中的一些微观现象）。如果应用多媒体技术辅助物理实验教学,     

物理学史在大学物理课堂教学中的应用

为更好地进行大学物理课堂教学,将学科内容分为力、振动与波、热、光、电磁和近代物理六个模块,讨论在正常课程进度中适时加入一些有意义的物理学史的知识,激发学生兴趣,同时也可加深对相关内容的理解,以提高课堂教学效率。     

面向21世纪的大学物理课程──对大学物理课程现代化的思考

大学物理是指为高等工科院校低年级学生开设的物理课程。多年来，该课程从概念、内容到体系、方法都浸透了经典物理的精神。越来越多的学生报怨大学物理课程枯燥乏味。在现代物理学的发展处于日新月异、激动人心的时代，大学物理课程正面临着科技浪潮的冲击和我国经济体制改革下的教育体制发生重大变化的时代性的挑战。审时度势，调整自我，在适应中求生存，在改革中求发展，是大学物理课程明智的选择。1改革的必然性目前，我国高等工科院校的基础课程主要是建立在以微积分数学、经典物理学、道耳顿原子论为基础的21世纪以前的科学结构和体…     

一门新兴的边缘学科——计算物理学

计算物理学起源于对核武器的研制和核科学技术的需要而产生并伴随着计算机的出现和发展而逐步形成的一门新兴的边缘学科。它是研究物质相互作用和运动形态的基本规律在复杂系中的数值解的科学,它包括物理理论,计算数学,计算机专用软件等,是一门综合性很强的边缘科学。从借助计算机去探索突破以往理论物理学的极限,扩大其可能性方面来看,计算物理学是“理论的实验”性科学。它的主题是物理理论问题,而其方法或模式等方面又接