[论文解读] 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 3

一句话总结

本文提出了一种修正的框架，用于在热力学非平衡、非均匀连续体中建模流体的导热系数、黏度和扩散性，通过引入波状能量与质量传递。研究表明，经典表达式在非平衡条件下会高估传递强度，并提出了一种适用于自然和工程流体中非定常热交换的校正定量模型。

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.

研究动机与目标

• 解决经典输运方程在热力学非平衡和非均匀流体连续体中的局限性。
• 识别标准表达式在导热系数、黏度和扩散性中高估的根本原因。
• 开发一种考虑连续体分层和波状现象的校正定量模型，以表征传递强度。
• 实现在自然和工程环境中非定常热交换情景下传递过程的精确估算。

提出的方法

• 在分子运动论框架下分析能量与质量传递的波特性。
• 通过考虑热力学非平衡和非均匀性，推导出导热系数、黏度和扩散性的校正表达式。
• 提出一种新公式，以反映非平衡条件下实际的传递过程强度。
• 通过证明经典表达式假设热平衡和均匀性，从而导致最大强度估计，验证该模型。
• 将校正模型应用于自然和工程流体中的非定常热交换。
• 使用具有分层结构和相互作用流动体的连续体模型，以表征非平衡条件下真实流体的行为。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何经典表达式在真实流体系统中对导热系数、黏度和扩散性高估了传递强度？
• RQ2 能量与质量传递的波特性如何影响非平衡流体连续体中的输运现象？
• RQ3 连续体分层和非平衡条件对输运强度的定量影响是什么？
• RQ4 如何校正现有输运方程，以反映非定常热交换中实际的传递强度？
• RQ5 边界效应和流动体相互作用在非均匀流体中如何影响整体传递过程？

主要发现

• 经典表达式仅在热平衡和均匀连续体中有效，此时可得出最大传递强度。
• 流体中出现温度梯度会导致连续体分层，并形成相互作用的流动体。
• 能量与质量传递的波特性是根本性的，必须在非平衡条件下加以考虑，以避免高估。
• 所提出的校正表达式为非定常热交换情景下的传递强度提供了更精确的定量度量。
• 该模型既适用于自然流体系统，也适用于涉及非平衡热传递的技术问题。
• 研究表明，标准公式在非平衡条件下无法真实反映流体行为，因此需要建立修正的理论框架。