通过分子间势在多原子气体流动中产生湍流

我们为多原子气体发展了一个易处理的相互作用模型，其动力学方程结合了由分子间势引起的 Vlasov 型平均场强迫，以及由转动相互作用引起的 Boltzmann 型碰撞积分。我们为新动力学方程构建了速度矩层级，并发现高雷诺数条件下压力方程与角动量和应力解耦。对于热通量，我们通过给定气体流动的比热容提出了一种新颖的封闭关系。将比热容设为恒压过程的值可得到平衡流动方程组，其中动量输运方程包含平均场强迫，即分子间势的平均效应。值得注意的是，平衡流动方程不包含气体内部热力学性质的任何信息，因而可适用于广泛的不同气体。我们在惯性流动区对常态下的类空气气体进行了数值模拟，该区域中压力在整个域内恒定。我们发现分子间势的存在产生了明显的湍流，其动能和温度的时均傅里叶谱呈现 Kolmogorov 幂律衰减。