耗散颗粒气体新的基石

基于 Boltzmann 方程并鉴于近期在几次 CNES 和 ESA 微重力实验活动 [9,11] 中的实验结果，本文讨论了耗散颗粒气体的理论。我们回顾了 Boltzmann 分布仅在碰撞为弹性时才是稳态解；因此它不适用于耗散颗粒气体的情况。第一个实验案例涉及振动圆柱盒中的非相互作用球，证明了旋转诱导的耗散具有重要后果：它将该类台球系统的有效相空间维度从 13 维降至 1 维，因为在足够大的驱动下运动是一维且准周期的；该结果对 2 个球依然成立。第二个实验涉及少量颗粒（N=12, 24, 36, 48）相互作用粒子的动力学：发现球的典型速度随活塞速度线性变化，但随球数 N 的增加而减小。实验表明，连续球-规碰撞之间的等待时间 T1 的分布服从指数分布，即 P(T1)=exp(-T1/To)，证明了球的运动不相关。球-规撞击的幅度 I 被发现呈指数衰减 p(I)=exp(-I/Io)。本文尝试利用与“velostat”概念相关联的“a la Boltzmann”模型进行解释，并提出了一个基于耗散的第二模型。实验表明，碰撞过程中旋转与平动之间的耦合不可忽略，因为它产生了有效的耗散。