РАСЧЕТЫ ВЯЗКОСТИ КЛАСТЕРНЫХ ГАЗОВ В ШИРОКОЙ ОБЛАСТИ ДАВЛЕНИЙ Ташимбетова А.Т.

Международная образовательная корпорация, РК, г. Алматы


Номер: 12-1
Год: 2015
Страницы: 35-38
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

кластеры, вязкость газов, барическая зависимость газов, the cluster, baric dependences of viscosity of dense gases, subcomponents

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

Формулы кинетической теории газов позволяют определять характеристики межмолекулярных взаимодействий по температурной зависимости вязкости. При низких давлениях эти формулы достаточно хорошо описывают вязкость, отражая тот факт, что вязкость не зависит от давления. Эксперименты говорят о том, что при повышении давления вязкость растет с давлением. Чтобы учесть такую зависимость в формулы для вязкости вводятся поправки.

Текст научной статьи

В кластерной модели газов каждый газ рассматривается в виде смеси из кластеров различного размера [1-7]. С повышением давления в газе появляются кластеры, состоящие из нескольких молекул Распространение кинетической теории на плотные газы в виде теории Энскога дает следующую формулу для коэффициентов вязкости простых (однокомпонентных) умеренно плотных газов [7]: , (1) где - коэффициент сдвиговой вязкости разреженного газа, - параметр, который определяется из сравнения данных с экспериментом (здесь сохранено обозначение работы [11], поэтому эта не совпадает с радиальной функцией). При удачном подборе параметров эта формула хорошо описывает известные барические зависимости вязкости [12; 13]. Однако в ней не учитывается существование кластеров, поэтому мы не будем приводить результаты расчетов по ней, а также по различным ее модификациям. Не учет кластеров в таком рассмотрении приводит к отличию от экспериментов уже на уровне фактора сжимаемости: он по этой теории не может быть меньше единицы. Это видно из формулы для него, в которую входят те же положительные поправки, которые входят и в формулу для коэффициента вязкости [12]: (2) Формула кинетической теории многокомпонентных смесей (2) с учетом парциальных поправок поправки энскоговского типа и зависимости эффективного диаметра столкновений от температуры имеет вид: . (3) Влияние кластеров на перенос импульса не ограничивается зависимостью сдвиговой вязкости от давления. При напорном течении плотного газа проявляется объемная вязкость. В молекулярно-кластерной смеси объемная вязкость связанна с эволюцией кластерной смеси при изменении давления. Переход группы кластеров определенного давления из области с одними давлением в область с другим давлением происходит образование или распад кластеров с появлением новых кластеров или с изменением концентраций кластеров. Это сказывается на переносе импульса. Количественно это явление описывается объемной вязкостью, которая в тензоре напряжений стоит перед дивергенцией скорости упорядоченного движения. Кинетическая теория многокомпонентных смесей дает следующую формулу для объемной вязкости молекулярно-кластерной смеси: , (4) где - парциальный коэффициент сдвиговой вязкости кластерного субкомпонента размера , - парциальная числовая плотность - мерных кластеров. Вязкость плотного газа определяется вкладом в поток импульса упорядоченного движения, который вносит каждый кластерный субкомпонент, что можно выразить следующей формулой [12]: , (5) где - размер кластера, содержащего молекул, - концентрация - мерных кластеров как доля относительно суммарного числа кластеров в единице объема, - парциальный коэффициент вязкости кластерного субкомпонента. Кинетическая теория многокомпонентных газов применительно к молекулярно-кластерной смеси дает следующую формулу для парциального коэффициента вязкости кластерного субкомпонента [7-9]: , (6) где - размер кластера, содержащего молекул, ; , - масса моля - мерных кластеров и - мерных кластеров, - размерный коэффициент: , - эффективный диаметр столкновений соответствующих кластеров, зависящий от температуры, - радиальная функция распределения. Как принято в теории Энскога, радиальная функция учитывает взаимную экранировку при столкновениях и собственный объём частиц [4-7]. Эффективный диаметр кластеров больше диаметров молекул, поэтому при их столкновениях необходимо учитывать механизм передачи импульса упорядоченного движения на расстояние их эффективного диаметра: , (7) где - время свободного пролета. С учетом (3) радиальная функция записывается так: , (8) , (9) . (10) Как видно из этих формул для расчетов вязкости молекулярно-кластерной смеси, каковой является плотный газ, необходимо иметь значения концентраций кластерных субкомпонентов при данных условиях. В работах [7-11] разработаны схемы расчетов концентраций кластерных субкомпонентов, расчеты по которым для различных газов приведены рисунках 1-4. В расчетах использованы величины, характеризующие индивидуальные свойства газов, взятые из работ [13-16]. Рис. 1, 2 - Распределения концентраций кластеров по размерам в азоте и кислороде соответственно. Линии - расчеты по формуле: . Как видно из графиков, в исследованных газах при высоких давлениях могут существовать кластеры, состоящие из десяти молекул. Такие кластеры вносят существенный вклад в вязкость плотного газа, что отражается на барической зависимости.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.