Задача для уравнения Больцмана

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ДЛЯ УРАВНЕНИЯ БОЛЬцМАНА 77 [c.77]

Истечение струи в вакуум представляет собой сложное двухмерное течение, в котором имеются все рел<имы от сплошной среды до почти свободномолекулярного. Отыскание решения уравнения Больцмана для этой задачи представляется в настоящее время слишком слол<ным. Однако задача может быть упрощена, так как течение от цилиндрического или сферического источника в известной мере моделирует течение вдоль оси соответственно плоской или осесимметричной струи ). Таким образом, исследование сводится к решению одномерной задачи для уравнения Больцмана. Однако, точное решение уравнения Больцмана, соответствующее точечному или линейному источнику, не найдено. [c.425]

Действительно, в соответствии с постановкой задач для уравнения Больцмана (см. 2,9) на линии склейки можно задать лишь функцию [c.426]

Исследования уравнения Больцмана, ведуш иеся в нашей стране, в книге отражены мало. Поэтому перевод снабжен дополнением, в котором дан обзор результатов по двум таким направлениям, оставшимся вне поля зрения автора. Первая часть дополнения, написанная редактором перевода, посвящена исследованию законов взаимодействия газов с поверхностями, знание которых необходимо при записи граничных условий для уравнения Больцмана. Вторая часть, написанная Н. Б. Масловой, содержит теоремы о разрешимости начальных и граничных задач для уравнения Больцмана как в линейной, так и в нелинейной постановке. [c.6]

Постановка и решение граничных задач для уравнения Больцмана требуют знания законов взаимодействия газов с поверхностями. Как правильно отмечает автор книги в гл. 111, сведения об этих законах пока недостаточны для надежного решения многих практически вал<ных и теоретически интересных задач. Однако в настояш ее время ведутся интенсивные исследования, и теория взаимодействия газа с поверхностью приобретает структурный вид. Дадим общую характеристику положения дел в этой области и краткий обзор новейших результатов. Подробное изложение основных разделов теории и текущей информации можно найти в монографиях [1, ИГ 57 ] и обзорах [ПГ 43, 2]. [c.451]

Предполагается, что область " й ограничена, т>2. Механики обычно весьма единодушны в вопросах однозначной разрешимости сформулированных ими задач. С внешними стационарными задачами для уравнения Больцмана ситуация иная. Обзор [28] показывает, сколь противоречивый набор мнений был высказан по этому поводу на основе физических соображений. [c.294]

Результаты о существовании, единственности и свойствах решений различных задач для уравнения Больцмана, полученные к 1978 году, отражены [c.306]

Задача для уравнения Больцмана внешняя 28в [c.308]

Заключение. В задаче о течении разреженного газа через пористый слой из параллельных каналов особенностью постановки граничной задачи для уравнения Больцмана является наличие в граничных условиях скорости газа, определяемой при 202 [c.202]

Линеаризированное уравнение. Если известно частное решение какого-либо нелинейного уравнения, то можно линеаризировать задачу, исследуя решения, близкие к имеющемуся частному решению. Для уравнения Больцмана известно (см. 4.1) лишь небольшое число весьма специальных частных решений. Поэтому наиболее универсальной представляется линеаризация от абсолютного максвелловского распределения, являющегося решением уравнения Больцмана для газа, находящегося в равновесии в отсутствие массовых сил ( =0) (см. 2.5). [c.70]

Ясно, что свободномолекулярный оператор интересен сам по себе и что при реальных граничных условиях с ним связаны сложные проблемы, но именно оператор столкновений вследствие своей необычной формы характерен для уравнения Больцмана. Поэтому уместно изучить некоторые свойства, позволяюш ие во многих задачах обш его характера преобразовывать оператор Q f, /), несмотря на его сложность. [c.52]

Для режимов течения, при которых возмущающим влиянием поверхности на разреженный поток газа пренебречь нельзя, т. е. когда отлетающие от стенки молекулы соударяются с молекулами, подлетающими к стенке, функция распределения в настоящее время может быть найдена лишь на основе приближенного решения уравнения Больцмана. Это затрудняет решение задачи о теплоотдаче скользящего потока. [c.393]

Не останавливаясь на методах решения уравнения Больцмана или его модификаций для кнудсеновского слоя, отметим только, что в настоящее время решения подобных задач, связанных с неравновесностью рассматриваемого процесса из-за наличия фазовой поверхности, могут быть получены только с некоторыми приближениями в рамках Используемой расчетной модели. В частности, в современных работах обычно принимается также, что отраженные (испущенные) стенкой молекулы имеют диффузный характер распределения по скоростям. Рассматриваются в среднем стационарные процессы. [c.35]

Гц) функцию fe (е) можно считать стационарной. Такое упрощение позволяет определить (е) и компоненты элементарных процессов как самостоятельную задачу в общей схеме, не связанную, например, в импульсном режиме возбуждения активной среды с кинетическими уравнениями среды. Исходное уравнение Больцмана для стационарной части (е) имеет следующий вид [128 ]i [c.61]

Если макроскопическое состояние газа является пространственно неоднородным, то функции распределения /1 xj, ) = /1 (г -, р -, t) зависят от координат. Тогда для исключения потенциала взаимодействия в (3.1.39) нужно вернуться к соотношению (3.1.40) и выразить его правую часть через производные функций fi Xi,t) и fi X2,t) (см. задачу 3.2). Отметим, однако, что в большинстве практических задач изменение одночастичной функции распределения на расстоянии порядка радиуса взаимодействия Гц очень мало, поэтому интеграл столкновений можно разложить по малому параметру Гц//, где I — характерная длина пространственного изменения одночастичной функции распределения. Интеграл столкновений в низшем приближении по этому параметру можно получить простой заменой /i(p, ) /i(r ,p, ) в интеграле столкновений для пространственно однородного газа. Тогда уравнение (3.1.39) принимает вид знаменитого кинетического уравнения Больцмана [c.173]

Хотя мы получили точные уравнения для параметров отклика и точные выражения для поправок к средним значениям динамических переменных, следует отметить, что успех применения всего изложенного формализма к конкретным задачам в значительной степени зависит от удачного выбора базисным динамических переменных Р . Далее мы покажем, что все наборы базисных переменных оказываются эквивалентными, пока мы имеем дело с точными формулами линейной реакции. Однако это не так, если корреляционные функции вычисляются приближенно, скажем, методами теории возмущений. Как правило, чем меньше динамических переменных включено в базисный набор, тем выше порядок приближения, который приходится учитывать. Ситуация здесь во многом аналогична той, которая встречается в вариационном методе решения кинетического уравнения Больцмана [78]. Интересно, что для решения уравнений линейной реакции также можно сформулировать вариационный принцип, относящийся к различным наборам базисных переменных [68]. Этот вопрос обсуждается в приложении 5А. [c.344]

Ясно, что кинетическая теория, основанная на релятивистском (классическом или квантовом) уравнении Больцмана, непригодна для описания неравновесных процессов в произвольных квантово-полевых системах, поэтому естественно обратиться к более общим методам статистических ансамблей и попытаться вывести уравнения переноса для таких систем, исходя из релятивистского уравнения Лиувилля. На этом пути уже достигнут определенный прогресс. Метод неравновесного статистического оператора, изложенный в настоящей книге, применялся в некоторых задачах [13-15, 34, 88]). От- [c.282]

В настоящей монографии рассматриваются главным образом задачи, требующие кинетического описания, для решения которых неприменимы методы газодинамики и необходимы новые методы, подходы и образы. Основное место уделено кинетическому уравнению Больцмана, изучению его свойств и методов решения. В то же время большое внимание уделено выводу из кинетического уравнения Больцмана уравнений газовой динамики и соответствующих им граничных условий (условий скольжения), установлению области нх применимости. [c.5]

Вообще говоря, по аналогии с (7.4) и (7.5) можно выписать бесконечное множество различных форм интегральных уравнений. Действительно, к правой части уравнения (7.1) можно прибавить и вычесть произвольную функцию от /. Разбивая затем различным образом правую часть уравнения (7.1) на известную и неизвестную части, получим различные дифференциальные уравнения, решение которых ведет к различным интегральным уравнениям. Выбор той или иной интегральной формы уравнения Больцмана определяется удобством его применения для той или иной задачи. [c.69]

Для приближенного решения уравнения Больцмана из тех или иных соображений можно аппроксимировать функцию распределения с помощью конечного числа моментов. Пусть, например, для данной задачи функцию распределения можно аппроксимировать выражением [c.98]

Во всяком случае справедливо следующее утверждение. Для аппроксимирующей функции типа (2.7) или (4.4), приспособленной к граничным условиям и дающей точное решение уравнения Больцмана в свободномолекулярном пределе, получающаяся граничная задача является корректной для соответствующих этой функции моментных уравнений независимо от их выбора. При этом, конечно, предполагается, что при заданных микроскопических граничных условиях уравнение Больцмана имеет решение и что аппроксимирующая функция не вносит в интеграл столкновений особенностей, несвойственных этому интегралу. К числу функций, удовлетворяющих поставленным условиям, относится, например, обобщенное двухстороннее максвелловское распределение (5.4). [c.125]

Стационарные задачи для уравнения Больцмана прн больших числа.чс Кнудсена. Докл. АН СССР, 1976, 229, № 3, 593—596 [c.306]

Разрешимость стационарных задач для уравнения Больцмана при больших числах Кнудсена. Ж- вычи,сл. мат. и мат. физ., 1977, 17, № 4, 1020—1030 [c.306]

В 2.9 и 2.10 были сформулированы микроскопические граничные условия для уравнения Больцмана. Моментиые уравнения для конкретной задачи с большей или меньшей точностью заменяют уравнение Больцмана. Необходимо, также приближенно, заменить граничные условия для функции распределения некоторым числом макроскопических условий для моментов. Мои<но построить бесчисленное множество граничных условий для моментов. Действительно, выпишем общее микроскопическое граничное условие (9.6) главы II [c.123]

Подчеркну ещё раз. Функция 1у есть аргумент действия-энтро-тт-1и1формации (3.27) как переменной уравнения Гамильтона-Якоби. Подстановка в (3.27) у/ (как решения, отвечающего конкретной задаче для уравнения Шрёдингера) даст нормированное выражение для действия как энтропии системы, которое есть переменная в (3.28). Нормировка энтропии с помощью уравнения Шрёдингера определяет распределение, отвечающее максимуму действия-энтропии-информации (при правиле знаков Больцмана) в конфигурационном пространстве при заданных условиях. Изменения величины этого максимума в составе уравнения (3.28) подчиняются второму началу термодинамики. [c.154]

Решение задачи Коши для уравнения Больцмана. II. Оценки решений неоднородного линеаризированного уравнения. Вестн. ЛГУ, 1976, № 1, 109—113 [c.306]

Совокупность электронов проводимости и взаимодействие электрон— электрон. В настоящее время в рассматриваемой области остались две нерешенные проблемы необходимо, во-первых, разработать более точную теорию рассеяния электронов в металлах и, во-вторых, выяснить воиросы, связанные с установлением теплового равновесия. Эти задачи нельзя рассматривать как совершенно независимые, так как обе они требуют для своего решения точного понимания особенностей поведения совокупности электронов проводимости в металле. Когда Лоренц впервые использовал методы статистики ( уравнение Больцмана ) в теории переноса электронов в металлах, он предполагал, что по сравнению с взаимодействием электронов с атомами столкновениями электрон—электрон можно пренебречь. Он писал ...мы полагаем, что преобладают соударения с атомами металла надо считать, что число таких столкновений настолько превосходит число соударений электронов друг с другом, что последними вполне можно пренебречь . [c.215]

Уравнение Эйлера (26а) определяет движение идеальной жидкости. Для получения уравнений гидродинамики реальной (вязкой) жидкости или газа надо искать решение уравнения Больцмана, отличное от локального распределения Максвелла. Мы получим тогда уравнения Навье—Стокса, Барнетта и т. д., в которых коэффициенты вязкости, теплопроводности и диффузии выражаются через молекулярные характеристики. Эти уравнения представляют собой замкнутую систему уравнений термодинамики необратимых процессов. Такой вывод этих уравнений в общем случае выходит за рамки нашего курса. Мы ограничимся здесь только характеристикой методов решения кинетического уравнения Больцмана и рассмотрим ряд частных задач статистической теории неравновесных систем. [c.142]

Описание сильно неравновесных состояний, а также вычисление кинетич. коэф. производятся с помощью кинетического уравнения Больцмана. Это ур-ние представляет собой интегродифференц. ур-ние для одночастичной ф-ции распределения (в квантовом случае — для одночастичной матрицы плотности, или статистич. оператора). Оно содержит члены двух типов. Одни описывают изменение ф-ции распределения при движении частиц во внеш. полях, другие — при столкновениях частиц. Именно столкновения приводят к возрастанию энтропии неравновесной системы, т, е. к релаксации. Замкнутое, т. е. не содержащее др. величин кинетич. ур-ние, невозможно получить в общем виде. При его выводе необходимо использовать малые параметры, имеющиеся в данной конкретной задаче. Важнейшим примером является кинетич. ур-ние, описывающее установление равновесия в газе за счёт столкновений между молекулами. Оно справедливо для достаточно разреженных газов, когда длина свободного пробега велика по сравнению с расстояниями между молекулами. Конкретный вид этого ур-ния зависит от эфф. сечения рассеяния молекул друг на друге. Если это сечение известно, ур-ние можно решать, разлагая искомую ф-цию по ортогональным полиномам. Таким способом можно вычислить кинетич. коэф. газа, исходя из известных законов взаимодействия между молекулами. Кинетич. ур-ние учитывает только парные столкновения между молекулами и описывает только первый неисчезающий член разложения этих коэф. по плотности газа. Удалось найти и более точное ур-ние, учитывающее также тройные столкновения, что позволило вычислить следующий член разложения. [c.672]

В своих работах Трусделл идет еще дальше, о Н ставит -под сомнение положения газокинетической теории и говорит о современном кризисе в кинетической теории газов. В работе под таким названием он анализирует сложившееся положение в кинетической теории газов и показывает, что вопрос о сходимосоти последовательных приближений отнюдь не тривиален. Для одного конкретного примера им наглядно показано, что могут быть. случаи, когда все приближения оказываются хуже первого, которое является асимптотическим решением. Не исключена возможность, что при строгой постановке задачи это асимптотическое решение. будет ближе к уравнениям Навье — Стокса, чем все существующие приближенные решения уравнения Больцмана. [c.58]

Однако приведение цепочки ББГКИ к единственному уравнению достигается дорогой ценой уравнение Больцмана оказывается нелинейным. Но даже и в этом слзгчае вш имеем огромное математическое упрощение. Для решения этого уравнения были разработаны мощные приближенные методы, так что теперь мы имеем возможность провести детальное (и успешное) сопоставление с экспериментальными результатами. Справедливость гипотезы молекулярного хаоса ограничивается более тонким предположением. Сначала длина корреляций должна быть достаточно малой. Время релакса-1(ии дальних корреляций, если они существуют,значнтельно больше,, поэтому закон эволюхщи таких корреляций будет иным. Эта сложная задача недавно была исследована Ю. Л. Климонтовичем. [c.34]

Задачи, отобранные для этой главы, представляют собой неравновесные аналоги задач, рассмотренных в гл. 6 и 9 в равновесном случае разреженный и не слишком плотный газы, плазма, жидкость Ван-дер-Ваальса ). Сложилось так, что большая часть задач, решенных в равновесной теории, со временем была решена и в неравновесной теории. Разумеется, это не случайно. Дело-в том, что в физике существует весьма ограниченное количество задач, лоддаюпщхся решению, поэтому в обоих случаях, равновес> ном и неравновесном, были использованы некоторые простыв свойства этих задач. Однако многих поразит тот факт, что неравновесные задачи во много раз сложнее равновесных. Приведем лишь один пример с помощью диаграммной техники Майера можно получить аналитическое выражение любого вириальнога коэффициента. Ничего подобного не существз> ет для коэффициентов переноса — явное аналитическое выражение получено лишь для первой поправки по плотности к результату, найденному из уравнения Больцмана. Что касается численных результатов, то здесь положение еще хуже. Если в равновесии для системы твердых сфер известны шесть первых вириальных коэффициентов, то в неравновесном случае второй вириальный коэффициент вычислен лишь для двумерной системы твердых дисков. [c.270]

В предельном случае малых длин пробега мы приходим к задачам, которые могут быть решены в рамках теории сплошной среды или, точнее, с применением уравнений Навье — Стокса. По существу, это задачи обычной газовой динамики. Однако по установившейся традиции некоторые из них изучаются динамикой разреженных газов. В число таких задач входят, например, некоторые задачи о вязких течениях при малых числах Рейнольдса, о течениях с взаимодействием пограничного слоя с невязким потоком, о близких к равновесным течениях с релаксацией возбуждения внутренних степеней свободы, о течениях со скольжением и температурным скачком на стенке и т. д. К решению этих задач могут быть привлечены методы газовой динамики. В то же время эти задачи, решаемые в рамках теории сплошной среды, тесно связаны с кинетической теорией, так как только с помощью кинетической теории, из анализа уравнения Больцмана, можно обоснованно вывести уравнения Эйлера и Навье—Стокса и их аг алоги для рела-ксирующих сред, установить область их применимости и снабдить их правильными начальными и граничными условиями и коэффициентами переноса. [c.5]

Проблема суш,ествовапия решений уравнения Больцмана изучена лишь для задачи с начальными условиями в безграничной области и для молекул с конечным радиусом взаимодействия (с обрезанным потенциалом взаимодействия). Для пространственно-однородного случая теорема существования доказана как для молекул-шаров 2), так и для псевдомаксвелловских молекул ) для полного нелинейного уравнения Больцмана. Для линейного уравнения доказана теорема существования и изучено асимптотическое поведение решений для задачи с начальными условиями, зависяш.ими от пространственных координат ), Пространственно-неоднородная задача для нелинейного уравнения Больцмана рассмотрена Градом 5). Однако существование решений доказано для времен тем меньших, чем больше начальная функция распределения отличается от равновесной. Таким образом, для времен макромасштаба существование доказано лишь для малых начальных возмущений. [c.79]

Функции Р и Fg непрерывны соответственно в областях А п В и учитывают разрыв на границе областей (4.2) / д Ф Рд. Подставляя аппроксимации (4.4) в определения моментов, можно установить связь коэффициентов и с моментами. Дифференциальные уравнения для моментов (или коэффициентов и В ) можно строить двумя путями аналогично изложенному в 3.2 м 3.3. Умножая уравнение Больцмана иа соответствующие степени скоростей, можно интегрировать либо по всему пространству скоростей, либо в областях А и В раздельно. При интегрировании по области А (или В) интегралы столкновений не исчезают даже при умножении уравнения Больцмана на сумматорные инварианты. Поэтому применим и смешанный метод, когда уравнения для первых моментов строятся интегрированием по всему пространству скоростей, а для более высоких моментов— по полупространствам. Все эти подходы представляются равноценными, и лишь конкретный вид аппроксимирующих функций и специфика задачи позволяют Отдать прсдпочтепие одному из них (см. [c.119]

Моментные уравнения, получаемые с помощью аппроксимирующих функций (2.7) или (4.4), являются в общем случае неоднородными квазилинейными дифференциальными уравнениями первого порядка. Зависящая от интеграла столкновений неоднородная часть уравнений представляет собой алгебраическую функцию искомых моментов. Тип системы уравнений, а следовательно, и характер соответствующей этой системе граничной задачи, очевидно, определяются дифференциальными частями моментных уравнений, получающихся из дифференциального оператора уравнения Больцмана. Очевидно, что дифференциальная часть моментных уравнений одинакова при любых числах Кнудсена. По предположению аппроксимирующая функция при определенном выборе ВХ0ДЯИ1ИХ в нее моментов дает точное решение уравнения Больцмана при Кп = оо. т. е. когда правая часть равна нулю. Следовательно, входящие в нее моменты должны точно удовлетворять любой системе однородных (без интегральной части) моментных дифференциальных уравнений, полученных с помощью этой аппроксимирующей функции. При этом граничные значения моментов выбираются так, чтобы аппроксимирующая функция точно удовлетворяла микроскопическим граничным условиям. Но так как при Кп = со однородная система моментных уравнений при этих граничных условиях имеет решение, то и для неоднородной системы (т. е. при произвольном числе Кнудсена) справедлива та же постановка граничной задачи, что обосновывает сделанные выше утверждения. [c.125]

Пусть отыскивается решение уравнения Больцмана при заданной функции распределения в момент =0 ). В безразмерных переменных в уравнение Больцмана и в начальную функцию распределения входит для конкретной задачи фиксированной значение числа Кнудсена (параметра д) ). Отыскивая решение уравнения Больцмана в виде ряда по , в конечном счете необходимо положить е равным его фиксированному значению д. Легко видеть, что параметр е можно ввести в начальную функцию распределения бесконечным множеством способов, подчиненных единственному условию, чтобы при = о начальная функция /(О, X, I, ) совпадала с заданной. Введя тем или иным путем в начальную функцию распределения малый параметр е, ее можно представить в виде ряда [c.137]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...