1tom - 0576.htm
617
Важное значение имеет исследование слоя Кнудсена при установлении граничных условий для ур-иий газодинамики на поверхности, на к-рой происходит испарение или гетерогенная реакция. В этом случае слой Кнудсена связывает континуальные процессы диффузии или течения компонент, справедливые вне кнудсенов-ского слоя, с физ, процессами конденсации, испарения
Рис. 8. Зависимость параметров пара от массы испаряющегося материала; Тж, пт = -рсеЛя≈температуря и числовая плотность молекул пара над испаряющей поверхностью (на границе слоя Кнудсена), п≈ числовая плотность насыщенного пара при температуре поверхности TW> Мао ≈ число Маха нормального к стенне потока на
границе слоя Кнудсена, m ≈ масса испар╦нного материала, отнес╦нная к массе, которую испарила бы стенка, если бы молекулы не возвращались на не╦ в результате столкновений в слое Кнудсена; Г≈Я ≈ величина «в/п вычисленная по формуле
Герца ≈ Кнудсена.
и превращения молекул на поверхности. Анализ течения в кнудсеновском слое показывает, напр., что даже при предельно сильном испарении, когда на границе кнудсеновского слоя нормальная к поверхности скорость газа становится равной скорости звука, часть молекул возвращается на поверхность. Темп-pa испаряющегося газа может быть существенно меньше темп-ры испаряющей стенки, а результаты, следующие из рассмотрения слоя Кнудсена, существенно отличаются от предсказываемых приближ╦нной ф-лой Герца ≈ Кнудсена (рис. 8). При сильном испарении в свой газ касательная к поверхности скорость всегда равна пулю, а при конденсации произвольна и определяется внешним по отношению к кнудсеновскому слою течением. В течении Куэтта с переконденсацией газа с одной стенки на другую все изменения параметров газа происходят в тонких слоях Кнудсена, в то время как во вс╦м остальном течении при произвольно большом расстоянии между пластинами все параметры газа постоянны.
Выше предполагалось, что при Kn<^i справедливы ур-иия Навье ≈ Стокса и что отступления от классич. газодинамики вызваны лишь изменениями граничных условий, обусловленными явлениями в слое Клудссна. Однако имеется круг явлений, для к-рых даже при Кп<^\\. ур-ння Навье ≈ Стокса оказываются несправедливыми.
Из кинетич. теории газов следует, что в медленных течениях (т. е. если число Пе^Л и число М<^\\, то Кп= = Л//Ле<с1) при наличии большого перепада темп-р (ДУ/Г) имеют место напряжения в газе, обусловленные градиентами темп-ры, соизмеримые с классич. напряжениями, обусловленными градиентами скоростей. Вследствие этих напряжений даже около равномерно нагретых тел возникает движение газа (термострес-совая конвекция}. Это движение газа отличается от гравитационной естественной конвекции тем, что оно имеет место в отсутствие массовых сил, и от термофореза, к-рый возникает около тел с неравномерно нагретой поверхностью. Аналогичные явления обусловлены градиентами концентраций в смесях газов.
Истечение струй. Важным объектом исследований являются струи, истекающий в вакуум или область с низким давлением. Если истечение струн происходит из форкамсры с достаточно высоким давлением, то в струе течение может проходить все режимы от сплошной среды до свободномолекулярного. Вдоль струи темп-pa и плотность падают, а скорость увеличивается. В струях выражены релаксационные явления: по
мере понижения плотности вдоль струи темп-pa (энергия) внутр. степеней свободы молекул начинает отставать от темп-ры (тепловой энергии) лоступат. степеней свободы и затем стабилизируется (замораживается). Далее замораживаются скорость течения и «продольная» темп-pa (разброс в продольных скоростях молекул). В струях смесей газов разные газы ведут себя различно, что позволяет использовать струи разреженного газа для разделения газов и изотопов. При охлаждении газа в струе может происходить конденсация газа и образование кластеров, что широко используется в технологии. Т. к. условия образования кластеров для разных газов различны, то в струях смесей газов можно выделять кластеры разных газов, получать многослойные кластеры. Пут╦м разгона молекул разл. газов в струе гелия получают почти «монохроматич.» пучки молекул без теплового разброса, т. е, условия, близкие к абс, нулю темп-ры. Это позволяет лазерными методами исследовать свойства молекул, не затуш╦ванные процессами теплового движения и столкновения молекул.
Экспериментальные исследования. Для эксперим. исследования течений разреженного газа создаются аэродинамические трубы низкой плотности (вакуумные трубы), откачка газа в к-рых производится диффузионными, бустерными или криогенными вакуумными насосами. В соплах таких труб из-за низкой плотности возникает толстый пограничный слой, поэтому для получения невозмущ╦нного пограничным слоем ядра потока требуются сопла больших размеров. Для исследовании законов взаимодействия молекул между собой и с поверхностями используются молекулярные пучки (см, Молекулярное течение]. Специфичны и методы диагностики потоков разреженного газа. Наряду с высокочувствительными весами, датчиками давления и потоков тепла (болометры) большое распространение получила диагностика потока электронными пучками, рентгеновскими лучами, лазерные методы, использующие флуоресценцию и рассеяние света молекулами.
Вакуумные трубы позволяют не только изучать явления в разреженных газах, но и исследовать детали мы. явлений в континуальной области. Разреженность газа, увеличение длины пробега молекул позволяют «растянуть» течение, как бы посмотреть на него в увеличит, стекло. Так, ударную волну или кнудсеновский слой, имеющие при нормальных условиях толщину порядка 10^а см, можно растянуть до размеров, приемлемых для исследования их структуры. Струи, истекающие в вакуум, являются удобным инструментом для изучения релаксационных процессов, определения кояс-тант скоростей хим. реакций, врем╦н релаксации и т. п. Законы движения разреженного газа в каналах лежат в основе явлении в тонких капиллярах пористых тел. Процессы, имеющие место при обтекании и испарении тел в разреженном газе, являются элементами дисперсных двухфазных течений. Явления в кнудсеновском слое определяют характер гетерогенных, в частности катали-
тич., реакций, испарения.
Лит.: Коган М. Н., Динамика разреженного газа, М., 1967; Шахов Е, М., Метод исследования движений разреженного газа, М., 1974; Б а р а н ц е в Р. Г., Взаимодействие разреженных газов с обтекаемыми поверхностями, М., 1975; Коган М. Н., Галкин В. С., Ф р и д л с н д с р О. Г., О напряжениях, возникающих п газах вследствие неоднородности температуры и концентраций. Новые типы свободной конвекции, «УФН», 1976, т. 119, с. 111; Л и ф ш и IT Е. М., П и-таевский Л. П.т Физическая кинетика, М., 1979; Г у д-м а н Ф., В а х м а н Г., Динамика рассеяния газа поверхно-стью, пер. с англ., М., 1980; Белоцерковский О. М., Ерофеев А. И., Я н и ц к и и В. Е-т О нестационарном методе прямого статистического моделирования течений разреженного газа, «Ж. вычисл. матем. и матем. физ.», 1^80, т. 20, с. 1174; Верд Г., Молекулярная газовая динамика, пор. с англ., М., 1981. М. R. Коган. ДИНАМИЧЕСКАЯ ВЯЗКОСТЬ ≈ см. Вязкость. ДИНАМИЧЕСКАЯ ГОЛОГРАФИЯ ≈ область голо-графин, в к-рой рассматриваются преобразования когерентных волн (пучков), происходящие в самом процессе их записи. В обычной (статич.) голографии процесс записи приводит к возникновению в регистрирующей
U
ш
623
")
}
