МОЛЕКУЛЯ́РНОЕ ТЕЧЕ́НИЕ
-
Рубрика: Физика
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
МОЛЕКУЛЯ́РНОЕ ТЕЧЕ́НИЕ (свободномолекулярное течение), течение разреженного газа, в котором ср. длина свободного пробега частиц (молекул, атомов, ионов, электронов) значительно превышает характерный линейный размер течения (т. е. Кнудсена число $Kn≫1$). Длина свободного пробега обратно пропорциональна концентрации частиц и в атмосфере экспоненциально возрастает с высотой: у поверхности Земли имеет порядок 10–7 м, на высоте 150 км составляет 4–18 м. Т. о., на высотах больше 150 км в атмосфере для тел размером ок. 1 м реализуется свободномолекулярный режим обтекания.
Любой конечный объём газа представляет собой механич. систему с очень большим числом степеней свободы. Поэтому для вычисления основных динамич. и термодинамич. характеристик газа пользуются статистич. представлениями, описываемыми функцией распределения (математич. ожиданием). Распределение частиц по скоростям в М. т. описывается равновесной функцией распределения Максвелла (являющейся точным решением уравнения Больцмана для М. т.). В М. т. можно пренебречь столкновениями частиц газа друг с другом, поэтому б. ч. аэродинамич. задач сводится к изучению взаимодействия частиц с обтекаемыми поверхностями. Характер взаимодействия разреженного газа со стенкой определяет тепловые потоки и силы сопротивления тел, движущихся в разреженном газе. Вычисление функции распределения по скоростям частиц газа, отражённых от поверхности обтекаемого тела, является сложной квантовомеханич. задачей, которая на практике решается введением экспериментально определяемых коэффициентов (аккомодации энергии, касательного и нормального импульсов) для постановки граничных условий к уравнению Больцмана. Для континуального течения ($Kn≪1$) эти коэффициенты равны единице. Чем более разрежен газ, тем существеннее роль взаимодействия частиц газа с твёрдыми поверхностями.
М. т. возникают при напылении плёнок в вакууме, при разделении потоков в вакуумной теплоизоляции криогенной техники, при обтекании летательных аппаратов, движущихся на больших высотах в атмосферах планет, и т. п.