[論文レビュー] Are Temperature and other Thermodynamics Variables efficient Concepts for describing Granular Gases and/or Flows ?

P. Évesque|arXiv (Cornell University)|Jun 17, 2005

Granular flow and fluidized beds参考文献 4被引用数 18

ひとこと要約

この論文は、非均一なエネルギー注入と強い散逸があるため、振動流動化された粉体ガスの記述に温度や熱力学的概念を用いることが非効率であると主張する。同一粒子からなる簡単なモデルを用いて、振動子が真の熱浴ではなくベロスタットに近い働きをすることが示され、こうした系における標準的熱力学的記述の妥当性が揺らぐ。

ABSTRACT

Granular flows and vibro-fluidised granular gases have been extensively studied recently; most of the theoretical analyses and the experimental descriptions use temperature and other thermodynamics concepts. However, taking the very simple case of a vibro-fluidised gas made of identical particles, we show the lack of efficiency of such concepts for the understanding of the physics of such systems. This results from both (i) the fact that the vibrator does not transmit the same amount of energy to each particle, but an amount which depends on its mass and/or its size and (ii) from the fact that it is a strongly dissipative medium. We conclude that most experimental device works rather as velostat as a thermostat. Pacs # : 5.40 ; 45.70 ; 62.20 ; 83.70.Fn

研究の動機と目的

• 振動流動化された粉体ガスの記述に温度や他の熱力学的変数が有効であるかどうかを評価すること。
• 振動励起によって駆動される粉体系におけるエネルギー注入の物理的基盤を調査すること。
• 平衡統計力学における熱浴とこの系との類似性を評価すること。
• 本質的な不整合にもかかわらず、粉体流れ研究において広く用いられている熱力学的概念の使用に疑問を呈すること。

提案手法

• 同一粒子からなる振動流動化粉体ガスの簡単なモデルの分析。
• 振動壁から個々の粒子へのエネルギー移動を検討し、質量およびサイズに依存することを示す。
• 粉体系の強い散逸的性質に注目し、平衡熱力学の仮定を破ることを強調する。
• 系の挙動を、粒子の速度を制御する装置であるベロスタットと比較する。
• 理論的分析を用いて、エネルギー入力が粒子間で等分配されないことを示す。
• 非平衡状態および非均一なエネルギー注入のため、標準的熱力学的概念が失敗することに結論づける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非均一なエネルギー入力を持つ振動流動化粉体ガスにおいて、温度を意味的に定義できる範囲はどの程度か？
• RQ2 粉体系において、振動壁からのエネルギー移動は粒子の質量およびサイズにどのように依存するか？
• RQ3 強い散逸的粉体媒体において、なぜ標準的熱力学的概念が失敗するのか？
• RQ4 振動駆動源は、どのようにして熱浴ではなくベロスタットに近い働きをするのか？
• RQ5 エネルギー入力が等分配されない場合、粉体流れにおける熱力学的記述の妥当性にどのような影響があるか？

主な発見

• 振動子からのエネルギー入力は、粒子の質量およびサイズに依存して不均一に分配され、平衡熱力学の等分配仮定に反する。
• 系の強い散逸的性質により、真の熱的平衡が確立されず、標準的熱力学的概念が無効になる。
• 振動駆動源は、固定温度を維持する熱浴ではなく、粒子の速度を制御するベロスタットに近い働きをする。
• したがって、振動励起下の粉体ガスに対して温度などの熱力学的変数は非効率的かつ誤解を招く記述である。
• 特にエネルギー注入が非均一な状況では、粉体ガスモデルにおける温度の使用は物理的に正当化されない。
• 本論文は、振動流動化粉体系の物理的記述には熱力学形式が不適切であると結論づける。