Газодинаміка нерівноважних систем "розріджений газ – ядерна мембрана"

41. Веретельник Т.И., Акиньшин В.Д. К теории тепло- и массопереноса многоатомного газа в каналах произвольной формы // Труды Межд. конф. "Сучасні технології в аерокосмічному комплексі". - Т.1. -- Житомир: ЖТИ, 1997. -- С.103-104.

42. Akinshin V.D., Maligin G.O. Separation of the binary gas mixture on the nuclear membrane // 20th ISRGD. -- China. -- 1997. -- Vol. 1. -- P.975 -979.

Аннотация

Акиньшин В.Д. Газодинамика неравновесных систем "разреженный газ - ядерная мембрана". - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.01 - физика приборов, элементов и систем. - Одесский государственный политехнический университет, Одесса, 2001.

Диссертация посвящена исследованию вклада взаимодействия молекул разреженного газа с поверхностью твердого тела в макроскопические характеристики течения газов через каналы различной формы и размеров, установлению взаимосвязи между физико-химическими свойствами межфазной границы и характером явлений переноса в неравновесной системе газ-твердое тело. В качестве приложений были рассмотрены процессы переноса газов в пористых мембранах (ядерных фильтрах) и регулярных каналах. С понижением температуры системы свободномолекулярная проводимость системы возрастает. В целом для более тяжелых газов коэффициент аккомодации тангенциального импульса молекул ниже, чем для легких. Эффект ”зеркальности” отражения при близких массах одноатомных газов выше, чем для многоатомных, что указывает на влияние структуры молекул и участие внутренних степеней свободы молекул в релаксационных процессах в системе “газ - твердое тело”.

Проведен термодинамический анализ переноса газовых молекул в каналах мембран с учетом как тепловой проницаемости их боковых стенок, так и взаимодействия фаз в единой системе “газ-адсорбат-мембрана”. Получены соответствующие матрицы кинетических коэффициентов. Анализируются различные вклады в коэффициенты переноса при наличии локального равновесия в элементе длины канала.

На основе статистического моделирования движение разреженных газов и их смесей в каналах получены новые аналитические и численные результаты по соответствующим кинетическим коэффициентам. Предсказаны эффекты термической поляризации течения газов в неоднородном канале и увлечения в системе “газ - адсорбат - мембрана”. Получены аналитические выражения для коэффициентов газотермического движения газовой смеси любого разрежения в каналах при произвольной доле диффузного отражения и неизотермического течения газа в каналах разной длины для модели взаимодействия газ-твердое тело. Проведены численные расчеты плоского неизотермического движения однокомпонентного газа при произвольных разрежении и отношении длины канала к его высоте с учетом тепловой проницаемости боковой поверхности. Дана оценка кинетических коэффициентов движения газов в ультратонких каналах, диаметр которых сравним с молекулярными размерами.

Проведен анализ полученных экспериментальных данных и их сравнение с теоретическими результатами моделирования движения газов в каналах. Впервые для описания процессов переноса импульса и энергии в неравновесной системе “газ-твердое тело” при наличии адсорбата применен квантово-кинетический подход к рассеянию газа поверхностью. В результате распространения квантово-кинетического подхода на рассеяние газа на адсорбате при полном заполнении поверхности получена зависимость коэффициента аккомодации тангенциального импульса от рода газа. Допустимость развитых представлений подтверждена качественным совпадением экспериментальной и теоретической зависимостей коэффициента аккомодации от рода газа.

Ключевые слова: коэффициент аккомодации, неравновесные системы, ядерные фильтры, мембраны, квантово-кинетическое описание, изотермическое течение, свободномолекулярный режим, диффузно-зеркальная схема отражения, термокрип, термомолекулярная разность давлений, кинетические коэффициенты, термодиффузия, бародиффузия.

Summary

Akinshin V. D. “Gas Dynamics of non-equilibrium systems” “Rarefied gas - nuclear membrane” - Manuscript.

Dissertation for the Degree of Doctor in Physical and Mathematical Science by Speciality 01. 04. 01 - Physics of Devices, Elements, Elements and Systems. - Odessa State Polytechnical University, Odessa, 2001.

The Dissertation focuses on the research into the interaction between rarefied gas molecules and solid surface and its affecting the macroscopic characteristics of gas flow in different size and form channels, the interdependence between physical and chemical properties of interphase border and the transference pattern in non - equilibrium system “gas-solid” is traced. In addition the process of gas transfer in nuclear membranes and regular channels are studied. The thermodynamic analysis of gas molecules transfer in membranes channels considering of their size thermal penetration and the interaction of phases in the whole system “gas - adsorbate membrane” is give.

The corresponding matrices of Kinetic factor are obtained. The transfer factor corrections of different types in the condition of local equilibrium in the segment of channel length are analysed.

By means of static simulation for the movement of rarefied gas flow and their mixtures in channels new analytical and quantitative data for the corresponding kinetic factors are given.

New objects of thermal polarization in gas flow in non- homogeneous channel and attraction in the system “gas-adsorbate-membrane” are forecast. New analytical equations for the gas thermal movement factors of any rarefied gas mixture in the channels with the arbitrary part of diffusional reflection and non-isothermal gas flow in different length channels for the model of interaction gas-solid are obtained.

The quantitative calculation of flat non-isothermal mono-component gas movement with arbitrary rarefication and correspondence between the channel length and its height considering the side thermal penetration is made. The evaluation of kinetic factors for gas flow in ultrathin channels, the diameter of which is equal to molecules size.

The experimental data are analyzed and juxtaposed with theoretical results for stimulation of gas movements in channels. The quantum - Kinetic approach for gas scattering by surface is pioneered to describe the process of impulse transfer and energy in non-equilibrium system “gas - solid” with he adsorbate available.

Key words: accommodation factor, non-equilibrium systems, nuclear membranes, filters, quantum kinetic description, isothermal flow, free molecular regain, diffusional-mirrow reflection system, thermocreep, thermomolecular, thermomolecular pressure difference, kinetic factors, thermal diffusion, barodiffusion.

Анотація

Акіньшин В.Д. Газодинаміка нерівноважних систем "розріджений газ - ядерна мембрана". - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук зі спеціальності 01.04.01 - фізика приладів, елементів і систем. - Одеський державний політехнічний університет, Одеса, 2001.

Дисертація присвячена дослідженню внеску взаємодії молекул розрідженого газу з поверхнею твердого тіла в макроскопічні характеристики плину газів через канали різної форми і розмірів, установленню взаємозв'язку між фізико-хімічними властивостями міжфазної границі і характером явищ переносу в нерівноважній системі газ-тверде тіло. Як додатки були розглянуті процеси переносу газів у пористих мембранах (ядерних фільтрах) і регулярних каналах.

Проведено термодинамічний аналіз переносу газових молекул у каналах мембран з урахуванням як теплової проникності їхніх бічних стінок, так і взаємодії фаз у єдиній системі “газ-адсорбат-мембрана”. Отримано відповідні матриці кінетичних коефіцієнтів. Аналізуються різні внески в коефіцієнти переносу при наявності локальної рівноваги в елементі довжини каналу.

На основі статистичного моделювання руху розріджених газів і їхніх сумішей у каналах отримані нові аналітичні та чисельні результати по відповідних кінетичних коефіцієнтах. Передбачені ефекти термічної поляризації плину газів у неоднорідному каналі й захоплення в системі “газ - адсорбат - мембрана”. Отримано аналітичні вирази для коефіцієнтів газотермічного руху газової суміші будь-якого розрідження в каналах при довільній частці дифузійного відбиття і неізотермічного плину газу в каналах різної довжини для моделі взаємодії газ-тверде тіло. Проведено чисельні розрахунки плоского неізотермічного руху однокомпонентного газу при довільних розрідженні та співвідношенні довжини каналу до його висоти з урахуванням теплової проникності бічної поверхні. Дано оцінку кінетичних коефіцієнтів руху газів в ультратонких каналах, діаметр яких порівняний з молекулярними розмірами.

Проведено аналіз отриманих експериментальних даних та їх порівняння з теоретичними результатами моделювання руху газів у каналах. Уперше для опису процесів переносу імпульсу й енергії в нерівноважній системі “газ-тверде тіло” при наявності адсорбата застосований квантово-кінетичний підхід до розсіювання газу поверхнею.

Ключові слова: коефіцієнт акомодації, нерівноважні системи, ядерні фільтри, мембрани, квантово-кінетичний опис, ізотермічний плин, вільномолекулярний режим, дифузно-дзеркальна схема відбиття, термокрип, термомолекулярна різниця тисків, кінетичні коефіцієнти, термодифузія, бародифузія.

Размещено на Allbest.ru