Второй закон термодинамики. Скорость возникновения энтропии в газовых смесях

из "Турбулентность многокомпонентных сред "

Процессы самоорганизации на фоне турбулентного движения являются важнейшим механизмом, формирующим свойства астрофизических объектов на разных стадиях их эволюции, включая возникновение галактик и галактических скоплений, рождение звезд из диффузной среды газопылевых облаков, образование протопланетных дисков и последующую аккумуляцию планетных систем. Эти основополагающие представления и развиваемые на их основе модели составляют основу звездной и планетной космогонии и являются также важным элементом космологии Вселенной. К сожалению, здесь пока сохраняется много проблем, ожидающих своего разрешения. [c.53]
При вспышках сверхновых возникают чрезвычайно сложные конфигурации, вызываемые процессами взаимодействия расширяющегося газа (обладающего субрелятивистскими скоростями) с межзвездной средой (Рис. [c.56]
Адекватное описание явления коллапса возможно лишь в рамках релятивистской теории гравитации, в основе которой лежит общая теория относительности Эйнштейна. Эта теория приводит к принципиально новой ситуации в релятивистском коллапсе с учетом новых явлений, возникающих при комбинации квантовой теории материи с теорией тяготения Зельдович и Новиков, 1975). Ядра сверхновых звезд превращаются в нейтронные звезды или черные дыры - области особого состояния вещества с бесконечно большой плотностью, представляющие собой пространственно-временные сингулярности. Экспериментальное обнаружение нейтронных звезд и черных дыр стало возможным благодаря излучению, возникающему при их взаимодействии с ближайшими компаньонами (например, в случае, когда вблизи нейтронной звезды или черной дыры находится нормальная звезда, теряющая вещество вследствие мощного гравитационного притяжения ее соседа). Наиболее интенсивная потеря вещества идет тогда, когда звезда в ходе эволюции расширится и достигнет границ поверхности Роша - эквипотенциальной поверхности в тесной двойной системе, когда образуется односвязная область (Рис. 1.4.4). В этом случае возникает сложная динамическая структура массообмена, включающая поток вещества от звезды-донора с образованием ударных волн и тангенциальных разрывов, формирование аккреционного диска и изменение параметров звездного ветра в процессе эволюции системы, как это следует из численных газодинамических моделей Бисикало и др., 1997). [c.57]
Схема образования односвязной области в тесной двойной системе в окрестности черной дыры и механизм генерации рентгеновского излучения. [c.57]
При аккреции вещества на поверхность нейтронной звезды, обладающей сильным магнитным полем (создающим направленность потока к полюсам), или при образовании газового диска во вращающейся двойной системе с черной дырой (дисковая аккреция) происходит сильная турбулизация вещества и его разогрев до температуры в десятки и сотни миллионов градусов. Это создает направленное тормозное излучение горячей плазмы в рентгеновском диапазоне длин волн, модулированное эффектами вращения как самой нейтронной звезды, так и системы вцелом. [c.58]
Спектр реликтового излучения - чернотельного излучения с температурой 2.7 К, которому удовлетворяют экспериментальные точки (о), нанесенные с учетом ошибок измерений. Пунктир учитывает возможное искажение спектра за счет комптоновского рассеяния на горячих электронах. Штрихи со стрелками соответствуют результатам определения верхней границы температуры реликтового излучения по населенности уровней межзвездных молекул N, СН и СН . oтn2iQ,lio Зельдович, Новиков, 1975). [c.58]
Слева на диске - развитие мощной вспышки. Снимок космического аппарата ТОл оя (Англия, США, Япония), с любезного разрешения ИА8А. [c.66]
Характерным представителем многокомпонентной природной среды служит верхняя атмосфера планеты, отличительной особенностью которой является непосредственное воздействие радиационных факторов при одновременных разнообразных химических превращениях в сочетании с процессами тепло- и массопереноса. Под воздействием интенсивного солнечного электромагнитного излучения происходят разнообразные фотохимические процессы - фотоионизация, фотодиссоциация, возбуждение внутренних степеней свободы (в том числе возбуждение электронных уровней) атомов и молекул. Эти процессы сопровождаются обратными реакциями ассоциации атомов в молекулы, рекомбинации ионов, спонтанного излучения фотонов и ударной дезактивации. Свойства газа формируются в гравитационном и электромагнитном полях при этом важную роль играют процессы молекулярной и турбулентной диффузии и теплопередачи (в том числе и излучением) при различной степени эффективности коэффициентов молекулярного и турбулентного обмена на разных высотных уровнях. Возникающие температурные, концентрационные и барические градиенты приводят к развитию разномасштабных гидродинамических движений, характер которых до основания термосферы сохраняется турбулентным. Определенное воздействие на состав, динамику и энергетику верхней атмосферы оказывает также солнечное корпускулярное излучение и некоторые дополнительные источники энергии (такие как приливные колебания, вязкая диссипация энергии магнитогидродинамических и внутренних гравитационных волн и др.). [c.68]
Теоретический анализ взаимосвязанных физико-химических, динамических и радиационных процессов и явлений в средней и верхней атмосфере представляет чрезвычайно сложную задачу. Наиболее полное и строгое исследование подобной среды может быть проведено в рамках кинетической теории многокомпонентных смесей многоатомных ионизованных газов, исходя из системы обобщенных интегро-дифференциальных уравнений Больцмана для функций распределения частиц каждого сорта смеси (с правыми частями, содержащими интегралы столкновений и интегралы реакций), дополненной уравнением переноса радиации и уравнениями Максвелла для электромагнитного поля. Такой подход развит, в частности, в монографии авторов Маров, Колесниченко, 1987), где для решения системы газокинетических уравнений реагирующей смеси применен обобщенный метод Чепмена-Энскога. Однако ряд упрощений, часто вводимых при решении сложных аэрономических задач (например, учет только парных столкновений взаимодействующих молекул, предположение об отсутствии внутренней структуры сталкивающихся частиц вещества при определении коэффициентов молекулярного обмена и т.п.), существенно уменьшает преимущества, заложенные изначально в кинетических уравнениях. [c.68]
Рассмотрим химически активную газовую смесь верхней атмосферы, состоящую из N компонентов. Термогидродинамическим параметрам, относящимся к разным компонентам смеси, будем далее присваивать различные индексы, в качестве которых будем использовать буквы греческого алфавита а, Р и у (а,р,у = 1,2.7V). Макроскопически смесь будем рассматривать как один континуум с усложненными свойствами, характеризуемый системой переменных состояния, к которым в первую очередь можно отнести среднемассовую плотность р(г,Г), температуру T r,f), термодинамическое давление p r,t) и числовые плотности n r,t) a = , 2.N) химических компонентов смеси. Переменные состояния являются функциями времени t и пространственных координат х, у, Z в относительной системе координат, неподвижной относительно планеты. [c.69]
Как известно Ландау, Лифшиц, 1988 ), в основе гидродинамической модели реагирующей смеси лежат связанные нестационарные дифференциальные уравнения механики сплошной среды (описывающие законы сохранения массы, импульса и энергии), необходимые уравнения состояния для давления термическое) и внутренней энергии калорическое) и определяющие реологические) соотношения для различных термодинамических потоков (потоков диффузии и тепла, тензора вязких напряжений и пр.). Кроме того, необходимо знание выражений для всевозможных термодинамических функций (внутренней энергии, энтальпии, разных теплоемкостей компонентов и т.п.), формулы для различных коэффициентов молекулярного обмена и для коэффициентов скоростей химических реакций (если среда химически неравновесна). Дифференциальные уравнения в частных производных требуют знания начальных и граничных условий, которые, описывая геометрию термодинамической системы (материальный объект, имеющий четко заданные границы) и обмен массой, импульсом и энергией между системой и внешней средой, должны быть сформулированы ad ho для каждой конкретной гидродинамической задачи. [c.69]
В связи с этим, одно из дифференциальных уравнений (2.1.7) всегда можно исключить из рассмотрения, заменив его алгебраическим интегралом (2.1.8 ). [c.72]
Уравнения сохранения элементов (2.1.12), в которых отсутствуют объемные источники, удобно использовать вместо каких-либо из М -N уравнений диффузии для многоэлементных компонентов системы (2.1.7). [c.74]
Отметим, что физическая интерпретация отдельных членов в разнообразных энергетических уравнениях для ламинарных (мгновенных) и осредненных турбулентных движений в многокомпонентном континууме часто совпадает. Поэтому, во избежании ненужного повтора, отложим ее до Гл. 3. [c.79]
Казимира обязательно оно приобретает исключительно важное значение в случае использования теоретических результатов кинетической теории одноатомных разреженных газов (найример, расчетных формул для коэффициентов переноса) при моделировании реальных многоатомных газовых смесей, в которых между компонентами осуществляются переходы между состояниями с различными внутренними степенями свободы, или протекают химические реакции. Ван де Ри Ван де Ри, 1967) показал, что в подобных случаях важно принять такое определение кинетических коэффициентов, которое согласовывалось бы с соотношениями взаимности. [c.86]

Вернуться к основной статье

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...