首页 理论教育Chapman-Enskog二阶近似解的动力学方程

Chapman-Enskog二阶近似解的动力学方程

【摘要】:下面运用经典的Chapman-Enskog摄动法求解 。用零阶近似解〈fL〉0=fm来封闭方程式~式有:一阶修正项〈fL〉1所满足的方程为:一阶修正项〈fL〉1所满足的方程为:将〈fL〉0的表达式和式~式代入上述方程式,可获得如下关于〈fL〉1的方程:将〈fL〉0的表达式和式~式代入上述方程式,可获得如下关于〈fL〉1的方程:从方程式获得〈fL〉1的解,从而获得动理学方程式的近似解为:从方程式获得〈fL〉1的解,从而获得动理学方程式的近似解为:

在连续方程、动量方程和脉动能方程中,有脉动速度二阶矩和三阶矩需要模化。一种方法是继续运用方程式 (3-141),建立颗粒相脉动速度的二阶矩和三阶矩的输运方程,对三阶矩方程中的四阶脉动速度相关项引入准高斯分布假设,从而形成完全封闭的脉动速度零阶矩方程(连续方程)、一阶矩方程(动量方程)、二阶矩方程(应力方程)和三阶矩方程。另一种方法是在一定条件下求解颗粒相动理学方程式 (3-140),获取颗粒概率密度分布函数的近似解,并通过在速度空间的积分,建立封闭方程式 (3-142)~式 (3-144)的本构关系。

下面运用经典的Chapman-Enskog摄动法求解 (Wang et al.,2005)。该方法不仅可以应用于稠密气体分子运动 (Chapman和Cowling,1970)和快速颗粒流 (Gidaspow,1994;Brey et al.,1997),还在紊流理论 (Lebowitz et al.,1960)、气固两相流理论(Zaichik et al.,1997;Derevich,2000)中获得了广泛运用。

与在快速颗粒流理论中的应用相似,假设动理学方程式(3-140)的解可以表示为:

其中,〈fL0为零阶近似解;〈fL1是一阶修正项,为C、〈vi〉、T 等物理量的空间梯度的线性函数,并且满足

其中,〈fL0为零阶近似解;〈fL1是一阶修正项,为C、〈vi〉、T 等物理量的空间梯度的线性函数,并且满足

零阶近似解〈fL0满足如下方程:

零阶近似解〈fL0满足如下方程:

显然,该方程的解即为正态分布函数〈fL0=fm,对应着没有空间梯度时的局域平衡态。

用零阶近似解〈fL0=fm来封闭方程式(3-142)~式(3-144)有:(https://www.chuimin.cn)

显然,该方程的解即为正态分布函数〈fL0=fm,对应着没有空间梯度时的局域平衡态。

用零阶近似解〈fL0=fm来封闭方程式(3-142)~式(3-144)有:

一阶修正项〈fL1所满足的方程为:

一阶修正项〈fL1所满足的方程为:

将〈fL0的表达式和式(3-148)~式(3-150)代入上述方程式(3-151),可获得如下关于〈fL1的方程:

将〈fL0的表达式和式(3-148)~式(3-150)代入上述方程式(3-151),可获得如下关于〈fL1的方程:

从方程式(3-152)获得〈fL1的解,从而获得动理学方程式(3-140)的近似解为:

从方程式(3-152)获得〈fL1的解,从而获得动理学方程式(3-140)的近似解为: