三维颗粒气体的自由冷却
流体动力学
2018-09-14 v1
摘要
颗粒气体作为处于随机运动中的稀疏粒子系综，不仅是宇宙中基本结构形成过程的基础，并参与许多工业和自然现象，而且是研究基础统计动力学的极佳模型。大量理论和数值研究已经探讨了这一看似简单的非平衡系统。其与分子气体的本质区别在于粒子碰撞中的能量耗散，这一微妙的差异对其全局动力学产生了巨大影响。其最显著的表现即所谓的颗粒冷却，即在无外部激发时机械能的逐渐损失。我们报告了一项在微重力环境下三维颗粒气体均匀冷却的实验研究。令人惊讶的是，尽管违背了 Haff 极简模型 [J. Fluid Mech. 134, 401 (1983)] 的几个核心假设，其得到的渐近标度 依然被证明是稳健的。颗粒的形状各向异性在定量上影响了能量损失的特征时间，但在定性上并无影响。我们比较了各个自由度上的动能，发现平动运动略占优势。此外，我们观察到颗粒在飞行方向上倾向于以其长轴对齐，这是在活性物质或动物群体中已知的现象，以及团簇化的开端。
引用
@article{arxiv.1706.07472,
title = {Free Cooling of a Granular Gas in Three Dimensions},
author = {Kirsten Harth and Torsten Trittel and Sandra Wegner and Ralf Stannarius},
journal= {arXiv preprint arXiv:1706.07472},
year = {2018}
}