磁流体-宇宙中的化骨绵掌——吕浩宇

    2022年7月20日，北京航空航天大学吕浩宇教授以线上报告的形式为天元太空探索暑期学校作题为《磁流体-宇宙中的化骨绵掌》的科普讲座。

    磁流体动力学（MHD）是对导电流体磁性和运动的研究，背后的基本概念是磁场可以在运动的导电流体中感应出电流，从而使流体极化并相互改变磁场本身。磁流体动力学包含两个方面，一个是流体力学，另一个是电磁学。

    报告通过解释超音速如何产生，机翼升力来自上部还是下部，高尔夫球表面光滑还是粗糙，汽车阻力来自前部还是后部以及UFO事件是否真的来自外星生命这5个引人注目的问题，巧妙的介绍了流体力学的基本理论。在流体力学中，根据可压缩流体的连续性方程，高、低速流通过变截面流管时速度的变化趋势相反。因此，要使气流从亚声速加速到超声速，要求流管具有先收缩再扩张的形状，即拉瓦尔喷管。对于理想、不可压缩流体一元定常流动，满足伯努利方程，应用于低速流时，可知同一条流线上，静压和动压之和保持不变，据此可以产生马格努斯效应，并可解释飞机升力的产生。

    实际中流体具有黏性，需要在边界层内部考虑流体的黏性力。边界层的厚度取决于雷诺数的大小，雷诺数越大，边界层越薄。边界层内的流体微团由于黏性和逆压梯度的存在，会出现边界层分离。应用于实际生产生活中，会出现增大汽车阻力、降低飞机升力、引起建筑结构谐振等后果。对于超声速流，会出现激波。激波可分为正激波，斜激波和弓激波。超音速飞机会产生激波，为减弱激波对速度的偏转和降低的影响，乘波体结构应运而生。

    报告在介绍了流体力学基本原理的基础上，根据连续介质假设，引入利用流体力学方程来描述等离子体运动，即带有电磁作用源项的斯托克斯方程组，包含质量守恒、能量守恒、动量守恒和磁感应方程共4组方程。报告通过介绍磁流体力学在天体物理中黑洞、太阳、地球和行星的大尺度空间环境模拟，受控热核反应中的磁约束装置，磁流体发电机，军事上先进推进技术和控制理论以及工业应用中的磁流体密封等方面的应用，让听众深入感受到磁流体力学与科学、生产和生活的紧密联系。

主讲人介绍

    吕浩宇，北京航空航天大学教授、博士生导师，中国地球物理学会行星物理专业委员会副主任，中国工程热物理学会爆震与新型推进专业委员会委员，北京航空航天大学“蓝天新秀”，北京航空航天大学青年拔尖人才，北京航空航天大学“我爱我师”十佳教师。曾任北京航空航天大学空间与环境学院副院长、教指委主任。主要研究方向是计算等离子体数值模拟在空间物理、空间推进中的应用，承担多项国家自然科学基金、国防科工局预研课题和中科院先导B专项子课题等，在空间物理顶级期刊发表SCI文章30多篇，入选中国精品科技期刊顶尖学术论文，获欧洲空间局“金星快车”杰出贡献奖。