Modelos de Continuo para la Viscosidad de Volumen y Relajación en Gases Poliatómicos
Autores: Kustova, Elena; Mekhonoshina, Mariia; Bechina, Anna; Lagutin, Semen; Voroshilova, Yulia
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Modelos de Continuo para la Viscosidad de Volumen y Relajación en Gases Poliatómicos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Viscosidad en bloque
Propagación de ondas acústicas
Gases poliatómicos
Mezclas
Modelos de continuo a múltiples temperaturas
Ecuaciones de dispersión
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Se estudian la viscosidad volumétrica y la propagación de ondas acústicas en gases poliatómicos y sus mezclas en el marco de modelos de continuo de una temperatura y múltiples temperaturas desarrollados utilizando el método generalizado de Chapman-Enskog. Se escriben las ecuaciones gobernantes y las relaciones constitutivas para ambos modelos, y se derivan las ecuaciones de dispersión. En la mezcla de gas multi-componente en no equilibrio vibracional, los mecanismos de atenuación de ondas incluyen viscosidad, conductividad térmica, viscosidad volumétrica, difusión, difusión térmica y relajación vibracional; en el enfoque propuesto, estos mecanismos están completamente acoplados, a diferencia de los modelos comúnmente utilizados que se basan en la separación de la atenuación y relajación clásicas de Stokes-Kirchhoff. Se evalúan las contribuciones de los modos rotacionales y vibracionales al coeficiente de viscosidad volumétrica. En el enfoque de una temperatura, la separación artificial de los modos rotacionales y vibracionales causa una gran sobreestimación de la viscosidad volumétrica, mientras que el uso del tiempo de relajación de energía interna efectiva produce un buen acuerdo con los datos experimentales y las simulaciones de dinámica molecular. En el enfoque de múltiples temperaturas, la viscosidad volumétrica se especifica solo por los modos rotacionales. El modelo de dos temperaturas desarrollado proporciona un excelente acuerdo entre los coeficientes de atenuación teóricos y experimentales en gases poliatómicos; tanto la ubicación como el valor de su máximo se predicen correctamente. Las relaciones de dispersión de una temperatura no reproducen el comportamiento no monótono del coeficiente de atenuación; una gran viscosidad volumétrica mejora su precisión solo en un rango de frecuencia muy limitado. Se enfatiza que implementar una gran viscosidad volumétrica en las ecuaciones de Navier-Stokes-Fourier de una temperatura puede llevar a resultados no físicos.
Descripción
Se estudian la viscosidad volumétrica y la propagación de ondas acústicas en gases poliatómicos y sus mezclas en el marco de modelos de continuo de una temperatura y múltiples temperaturas desarrollados utilizando el método generalizado de Chapman-Enskog. Se escriben las ecuaciones gobernantes y las relaciones constitutivas para ambos modelos, y se derivan las ecuaciones de dispersión. En la mezcla de gas multi-componente en no equilibrio vibracional, los mecanismos de atenuación de ondas incluyen viscosidad, conductividad térmica, viscosidad volumétrica, difusión, difusión térmica y relajación vibracional; en el enfoque propuesto, estos mecanismos están completamente acoplados, a diferencia de los modelos comúnmente utilizados que se basan en la separación de la atenuación y relajación clásicas de Stokes-Kirchhoff. Se evalúan las contribuciones de los modos rotacionales y vibracionales al coeficiente de viscosidad volumétrica. En el enfoque de una temperatura, la separación artificial de los modos rotacionales y vibracionales causa una gran sobreestimación de la viscosidad volumétrica, mientras que el uso del tiempo de relajación de energía interna efectiva produce un buen acuerdo con los datos experimentales y las simulaciones de dinámica molecular. En el enfoque de múltiples temperaturas, la viscosidad volumétrica se especifica solo por los modos rotacionales. El modelo de dos temperaturas desarrollado proporciona un excelente acuerdo entre los coeficientes de atenuación teóricos y experimentales en gases poliatómicos; tanto la ubicación como el valor de su máximo se predicen correctamente. Las relaciones de dispersión de una temperatura no reproducen el comportamiento no monótono del coeficiente de atenuación; una gran viscosidad volumétrica mejora su precisión solo en un rango de frecuencia muy limitado. Se enfatiza que implementar una gran viscosidad volumétrica en las ecuaciones de Navier-Stokes-Fourier de una temperatura puede llevar a resultados no físicos.