环形几何中驱动颗粒气体的相分离

本工作研究了限制在二维环形区域内的单分散非弹性碰撞硬圆盘气体的相分离，其内圆代表一个“热壁”。当用颗粒流体动力学方程描述时，该系统的基本稳态是环形外圆处颗粒密度增大的方位角对称态。当非弹性能量损失足够大时，流体动力学预测环形态会发生自发对称破缺，类似于之前在矩形几何中驱动颗粒气体中发现的类范德瓦尔斯相分离现象。在环形区域固定纵横比下，相分离涉及一个颗粒面积分数的“旋节线区间”，在该区间内气体在方位角方向具有负压缩性。方位角方向的热传导倾向于抑制不稳定性，这一点通过对基本稳态关于小扰动的边际稳定性分析得到证实。为了检验和补充我们的理论预测，我们对该系统进行了事件驱动分子动力学(MD)模拟。尽管存在较大涨落，我们通过测量颗粒密度方位角谱基傅里叶模式振幅的概率分布，在MD模拟中清楚地识别出向相分离态的转变。我们发现，从流体动力学预测的不稳定区域总是位于MD模拟中观察到的相分离区域之内。这意味着存在一个双节线（共存）区域，其中环形态是亚稳态的。当驱动壁和弹性壁互换，以及当弹性壁被弱非弹性壁替代时，相分离仍然存在。