Толковые словари о физике

А Б В Г Д Е Ё Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я C G K S

ДИНАМИКА РАЗРЕЖЕННЫХ ГАЗОВ раздел газовой динамики, в к-ром при изучении течения газа низкой плотности учитывается его дискретная мол. структура. Методы Д. р. г., основанные на молекулярно-кинетич. теории газов, применяются для определения теплового и силового воздействия газа на поверхности летат. аппаратов, движущихся на больших высотах, а также при расчёте движения газов в вакуумных системах, истечения струй в пр-во с низким давлением и в задачах мол. физики. Критерием, характеризующим степень разреженности движущегося газа, явл. число Кнудсена Kn»l/L, где l — ср. длина свободного пробега молекул в газе, L — характерный размер течения. Предположение о сплошности среды, лежащее в основе теор. методов гидроаэромеханики и газовой динамики, строго выполняется лишь в предельном случае Kn®0, а практически оно оказывается справедливым уже при Kn<10-3. В другом предельном случае Kn®? существенную роль играют только столкновения молекул газа с обтекаемыми телами, а роль межмол. столкновений незначительна. Поэтому набегающий на поверхность тела поток молекул и поток молекул, отражённый от поверхности, рассматриваются как невзаимодействующие. При этом из ур-ний движения молекул можно определить баланс между приносимыми к поверхности и уносимыми от неё потоками массы, импульса и энергии, если известен механизм вз-ствия молекул газа с поверхностью. Такая схема позволяет с достаточной для практики точностью рассчитать аэродинамич. хар-ки разл. тел уже при Kn>1. Режим течения, для к-рого справедливы указанные предположения, наз. с в о б о д н о м о л е к у л я р н ы м. Одной из приближённых схем описания вз-ствия молекул газа с тв. поверхностью при свободномол. течении является т. н. зеркально-диффузная схема, согласно к-рой часть молекул отражается диффузно в соответствии с законом косинуса (Ламберта законом), а остальные молекулы — зеркально, т. е. по закону — угол падения равен углу отражения. Отношение кол-ва диффузно рассеянных молекул к общему их числу определяет степень диффузности f рассеяния (при f=0 происходит только зеркальное отражение, при f=1 — только диффузное). Обмен энергией при вз-ствии молекул с тв. поверхностью характеризуют коэфф. аккомодации а, определяющим изменение энергии молекулы после её отражения от поверхности. Значения а меняются от 0 до 1. Если после отражения энергия молекулы не изменилась, то a=0, если же ср. энергия отражённых молекул, характеризующая темп-ру газа, соответствует темп-ре стенки, то a=1. В общем случае коэффициенты f и a зависят от скорости столкновения молекул с поверхностью, от материала и темп-ры этой поверхности, от степени её гладкости, наличия на ней адсорбиров. молекул газа и т. д. Переход от течения сплошной среды (Kn®0) к свободномол. течению (Kn®?), напр. при увеличении высоты полёта, осуществляется через ряд промежуточных режимов течения разреженного газа. Каждому из них соответствует определ. диапазон конечных значений числа Kn. В переходном режиме оказывается важным как учёт межмол. столкновений, так и столкновений молекул газа с поверхностью обтекаемого тела. Для этого режима течения характерно проявление ряда сложных неравновесных мол. процессов, строгое теор. описание к-рых в промежуточной области чисел Kn представляет огромные матем. трудности, связанные с решением интегродифф. ур-ния Больцмана для изменения во времени и в пр-ве ф-ции распределения молекул по скоростям (см. << КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ГАЗОВ >>). Поэтому широко применяются приближённые теор. методы, позволяющие распространить теор. модели свободномол. течения и течения сплошной среды на режимы, соответствующие промежуточной области значения чисел Kn, близких к предельным. Так, разработаны приближённые методы расчёта аэродинамич. хар-к тел в случае, когда учитываются лишь однократные столкновения падающих на поверхность и отражённых от неё молекул (режим, примыкающий к свободномол. течению). Ур-ния газовой динамики сплошной среды применяют и при Kn>10-3, но с новыми граничными условиями, учитывающими характерные для течения разреженного газа условия «скольжения» и «скачка темп-ры». Первое условие состоит в том, что параллельная стенке составляющая скорости газа на самой стенке отличается от нуля, а второе учитывает отличие темп-ры газа вблизи стенки от темп-ры стенки. Различные, постепенно сменяющие друг друга режимы течения — от свободномол. до континуального — наблюдаются в классич. задаче Д. р. г. об обтекании газом плоской полубесконечной пластинки (рис. 1). При рассмотрении сверхзвук. обтекания затупленных тел в режимах, примыкающих к течению сплошной среды, число Kn определяют как отношение длины свободного пробега ls молекул в сжатом слое газа за отошедшей от тела ударной волной к характерному размеру тела. В случае полёта сферич. тела радиусом R»1 м со скоростью v»10 км/с и постепенном увеличении высоты полёта (уменьшении числа Kn=ls/R) можно выделить след. режимы, а) При Kn<0,5•10-3 (что соответствует выcoтaм=70 км) течение явл. континуальным. Ударная волна толщиной порядка неск. ls и вязкий пограничный слой на поверхности сферы разделены областью, где вязкость газа несущественна. Рис. 1. Схема развития течения газа около плоской полубесконечной тонкой пластины, обтекаемой сверхзвук. потоком под углом атаки: А — область свободномол. течения с однократными столкновениями; В — область с многократными столкновениями; С — область течения со скольжением; D — континуум; 1 — ударная волна; 2 — граница пограничного слоя; 3 — макроскопич. движение потока молекул (масштабы зон и областей не соблюдены). б) При Kn»0,5•10-2 (увеличение высот до 85 км) отошедшая ударная волна и пограничный слой на теле утолщаются, а затем смыкаются. Перед сферой образуется сплошная область (рис. 2, а). Уменьшение числа столкновений между молекулами в сжатом слое приводит к запаздыванию в установлении равновесия по колебат. степеням свободы молекул. Рис. 2. Фотография обтекания сферы диам. 15 мм: а — в разреженном газе при числах Маха М=3,7 и Kn=2,5•10-2; б — в сплошной среде. Граничные условия на поверхности сферы соответствуют скольжению молекул и скачку темп-ры. Течение разреженного газа, соответствующее диапазону 0,5•10-3 Рис. 3. Изменение коэфф. лобового сопротивления сферы Сх и относительного теплового потока q/q0 в передней критич. точке сферы в промежуточной области чисел Kn: q0 — тепловой поток, рассчитанный по теории пограничного слоя (Kn®0); 1 — эксперимент для сильного охлаждения сферы при М>5; 2 — расчёт для сильно охлаждённой сферы при Kn®?, a=1. В рассмотренном диапазоне чисел Kn величины теплового потока q и коэфф. сопротивления Сх изменяются от значений, соответствующих течению сплошной среды, до значений, соответствующих свободномол. режиму, как это показано на рис. 3. С помощью методов Д. р. г. рассматриваются также задачи исследования хар-к течения в отверстиях, вакуумных трубопроводах и каналах. Важным для техн. приложений явл. изучение законов уменьшения пропускной способности каналов разл. форм и размеров при увеличении числа Kn. Исследуются эффекты разреженности при течении газов в соплах и струях двигателей, работающих на больших высотах. Ввиду чрезвычайных матем. трудностей теор. методов исследования Д. р. г., важное значение имеет эксперимент (см. << АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ >>). Эксперим. исследования течений разреженного газа проводятся на спец. вакуумных аэродинамических трубах, оборудованных мощными системами откачки, включающими форвакуумные, пароструйные и криогенные насосы. Применяемые на этих установках методы обладают рядом специфич. особенностей по сравнению с методами, используемыми в обычных аэродинамич. установках. Малые плотности газа, низкие по абс. величинам, тепловые потоки и аэродинамич. силы требуют применения высокочувствит. датчиков и приборов, а также принципиально новых физ. методов диагностики. Так, широко используется электронно-пучковая диагностика, основанная на регистрации интенсивности видимого, УФ и рентг. излучения молекул газа, возбуждаемых пучком быстрых (10—30 кэВ) эл-нов. Этот метод позволяет проводить визуализацию течения, а также измерять локальные величины плотности, темп-ры, скорости потока, а также концентрации компонентов разреженной смеси газов.

Вы можете поставить ссылку на это слово: <a href="http://www.physics-words.com/130/196/2768868.html">ДИНАМИКА РАЗРЕЖЕННЫХ ГАЗОВ</a> будет выглядеть так: ДИНАМИКА РАЗРЕЖЕННЫХ ГАЗОВ