气体与沉降颗粒间双向阻力引起的固体自发聚集
地球与行星天体物理
2016-06-29 v1
摘要
沉降颗粒的行为取决于流体的尘气比。线性稳定性分析表明，即使在尘气比达到1时，处于Epstein阻力机制下的沉降固体在非旋转不可压缩流体中仍保持均匀分布。然而，其非线性演化此前未被探究。在此，我们给出数值计算，表明在颗粒密集混合物中，固体自发混合出流体，形成颗粒过密度至少10倍的团簇。该不稳定性由质量负载区域局部打破平衡背景分层所致。驱动机制依赖于背景流的非线性扰动，并与吸积盘中的流不稳定性有一定相似性。由此产生的富颗粒团簇可能通过凝聚促进颗粒生长。在原行星盘背景下，该不稳定性可能有助于外盘小颗粒沉降至中平面。在原行星的气体包层中，增强的沉降可能导致尘埃不透明度降低，从而促进包层收缩。我们表明，相关物理设置可在实验室环境中重现。这将使得我们的数值计算未来能通过实验研究。
引用
@article{arxiv.1604.00791,
title = {Spontaneous concentrations of solids through two-way drag forces between gas and sedimenting particles},
author = {Michiel Lambrechts and Anders Johansen and Holly L. Capelo and Jürgen Blum and Eberhard Bodenschatz},
journal= {arXiv preprint arXiv:1604.00791},
year = {2016}
}
备注
Accepted for publication in Astronomy and Astrophysics