[論文レビュー] The boundary and continual transfer phenomena in fluids and flows

S. L. Arsenjev, I. B. Lozovitski+1 more|ArXiv.org|Apr 7, 2003

Geotechnical and Geomechanical Engineering被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、熱的に非平衡で不均一な連続体における波動的エネルギーおよび質量移動を組み込むことで、熱伝導率、粘性係数、拡散の再定式化フレームワークを提案する。古典的表現が非平衡条件下で移動強度を過大評価することを示し、自然的および技術的流れにおける非定常熱交換に適用可能な修正された定量的モデルを提示する。

ABSTRACT

The clearing up of a wave nature of the energy and mass transfer phenomena in classical expressions of the molecular-kinetic theory has allowed to find a quantitative measure of intensity of processes of a thermal conductivity, viscosity and diffusion in conditions of a thermally nonequilibrium and heterogeneous composition continuum. It is rotined that the appearance of a temperature drop in fluid stipulates the appearance of the continuum stratification and formation of the flowing bodies interacting among themselves. It is rotined that the known expressions for a thermal conductivity, viscosity, diffusion and heat convection had been obtained for a thermally equilibrium and homogeneous continuum and produce a maximum quantity of intensity of the transfer processes. The introduced expression is usable for a quantitative estimation of intensity of the transfer processes in fluid and its streams in conditions of the non-stationary heat exchange in natural conditions and technical problems.

研究の動機と目的

• 熱的に非平衡で不均一な流体連続体における古典的輸送方程式の限界を解決すること。
• 熱伝導率、粘性係数、拡散の標準的表現における過大評価の根本的要因を特定すること。
• 連続体の層状構造および波動的現象を考慮した、移動強度の修正された定量的モデルを構築すること。
• 自然的および技術的環境における非定常熱交換シナリオにおける移動プロセスの正確な推定を可能にすること。

提案手法

• 分子運動論の枠組み内で、エネルギーおよび質量移動の波動的性質を分析する。
• 熱力学的非平衡状態および不均一性を考慮することで、熱伝導率、粘性係数、拡散の修正表現を導出する。
• 非平衡条件下での実際の移動強度を反映する新しい定式化を提示する。
• 古典的表現が熱的平衡状態および均一性を仮定しており、最大の強度推定値を生じることを示してモデルを検証する。
• 修正されたモデルを自然的および技術的流体流れにおける非定常熱交換に適用する。
• 層状構造および相互作用する流れている物体を有する連続体モデルを用い、非平衡状態における実際の流体挙動を表現する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ古典的表現が、熱伝導率、粘性係数、拡散の実際の流体系における移動強度を過大評価するのか？
• RQ2 エネルギーおよび質量移動の波動的性質は、非平衡流体連続体における輸送現象にどのように影響するのか？
• RQ3 連続体の層状構造および非平衡状態が輸送強度に与える定量的影響は何か？
• RQ4 既存の輸送方程式は、非定常熱交換において実際の移動強度を反映するためにどのように修正可能か？
• RQ5 境界効果および流れている物体の相互作用は、不均一流体における全体の移動プロセスにどのような影響を及えるか？

主な発見

• 熱伝導率、粘性係数、拡散の古典的表現は、それらが最大の移動強度をもたらす熱的平衡状態および均一な連続体においてのみ有効である。
• 流体内に温度勾配が現れると、連続体の層状構造が生じ、相互作用する流れている物体が形成される。
• エネルギーおよび質量移動の波動的性質は根本的であり、非平衡状態ではこれを考慮しなければ過大評価を避けることができない。
• 提案された修正表現は、非定常熱交換シナリオにおける移動強度のより正確な定量的測定を可能にする。
• このモデルは、自然的流体系および非平衡熱伝達を伴う技術的問題の両方に適用可能である。
• 本研究は、標準的定式化が非平衡状態における実際の流体挙動を正しく表現できていないことを明らかにし、見直された理論的枠組みの必要性を示している。