Введение к работе
В последпие десятилетия все больший интерес и актуальность приобретают исследования в области физики аэродишерсных систем. Это связано в первую очередь с возрастанием значимости проблем, связанных с охраной окружающей среды, с исследованиями в области медицины, с проблемами физики атмосферы, физики гетерогенных систем, с созданием тонких химических технологий.
Отличительной особенностью аэродисперсных систем является наличие мелких взвешенных в них частиц, физические свойства которых могут существенно отличаться от свойств несущей фазы. При этом круг явлений, рассматриваемых физикой аэродисперсных систем, весьма широк. Он включает в себя как чисто механические процессы, такие, например, как осаждение аэрозолей в поле силы тяжести, так и более сложные процессы, протекающие в неравновесных газовых средах, такие, например, как движение частий в области интенсивного лазерного излучения (фотофорез) или, например, в поле градиента температуры или концентрации (термо- и диффузиофорез).
Пелью настоящего диссертационного исследования является рассмотрение вопросов, связанных с постановкой макроскопических граничных условий на поверхности умеренно крупной аэрозольной частицы.
Согласно существующей классификации, в основу которой положено число Кнуд-сена (Кп), равное отношению длины свободного пробега молекул газа А к характерному размеру обтекаемого газом тела L (в данном случае к радиусу частицы Я), умеренно крупными называются аэрозольные частицы для которых число Киудсена лежит в интервале примерно от 0.01 до 0.3.
Течение разреженного газа при этом достаточно хорошо описывается уравнениями механики сплошной среды с так называемыми граничными условиями со скольжением, которые учитывают тепловое и изотермическое скольжение газа вдоль поверхности частипы^скачок температуры на границе раздела фаз, влияние искривленности межфазной поверхности на значение коэффициента теплового скольжения, наличие объемных барнетговских напряжений, неравномерность распределения температуры в слое Киудсена, а также растекание части потоков тепла и массы в слое Киудсена.
Впервые эта задача была решена в начале восьмидесятых годов в целой серии работ, выполненных Ю.ИЖіамбвьм, А.А.Юшкановым и А.Б.Подцоскиным, в кото-рых путем решения моментным методом в слое Кнудсена эллипсоидально-статистической модели кинетического уравнения Волышана была получена полная система
граничных условий, необходимых для построения законченной теории термофореза умеренно крупных сферических аэрозолных частиц, и найдены численные значения входящих в них газокинетических коэффициентов скольжения. Позднее, в 1988 году, сформулированная выше задача была решена Е.Г.Маясовым, А.А.Юшкааовым и Ю.И.Яламовым.с использованием моментного метода на основе кинетического уравнения Больпмана с оператором столкновений в форме Болышана.
На^таая новизнзГ дредставленного к рассмотрению диссерташюшогб^исследова^ ния состоит в том, что в нем впервые с использованием метода элементарных решений (метода Кейза) получена полная система граничных условий, использующихся при описании взаимодействия потока разреженного газа с поверхностью умеренно крупной сферической аэрозольной частицы в режиме "течения со скольжением".
Несомненно, сшостоятеяьный интерес представляют собой также развитые в работе точные аналитические методы решения неоднородных модельных кинетических уравнений.
Практическая ценность работы заключается в том, что полученные автором результаты могут быть использованы для решения разнообразных задач газовой динамики, связанных с постановкой граничных условий при обтекании погоном разреженного газа сферической поверхности, а также для опенки степени точности использующихся в кинетической теории газов приближенных методов.
На зашиту выносится:
-
Процедура построения поправок к скорости скольжения простого одноатомного газа вдоль поверхности умеренно крупной аэрозольной частицы, обусловленных наличием искривленности поверхности, объемных барнеттовских напряжений, а также неравномерностью распределения температуры в слое Кнудсена.
-
Аналитические выражения для газокинетических коэффициентов f)'Ri /?д, /?в, учитывающих, соответственно, зависимость коэффициента теплового скольжения от искривленности поверхности, неравномерность распределения температуры в слое Кнудсена и наличие объемных барнеттовских напряжений.
-
Численные значения упомянутых выше газокшетических коэффициентов /%, Рп, Рв, а также коэффициентов с„ и с„ учитывающих растекание части потоков массы и тепла в слое Кнудсена.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на ежегодных научных конференциях в МПУ (Москва, 1994-1996) и на третьей научно-практической конференции "Педагогический процесс в условиях перехода к новому состоянию общества" в Биробиджансшм государственном педагогическом институте (Биробиджан, 1994). По теме диссертации опубликовано 5 работ, список которых
приведен в гонце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, восьми приложений, основных выводов, заключения и списка литературы. Материал изложен на 138 страницах машинописного текста, включая приложения и библиографию из 127 названий.