クヌーセン数はボルツマン方程式に明示的には現れず、分布関数と境界条件によって暗黙的に現れるため、ダミー変数ε {\displaystyle \varepsilon } チャップマン・エンスコッグ展開における適切な順序を追跡するために導入された。
∂ f ∂ t + v ⋅ ∂ f ∂ r + F m ⋅ ∂ f ∂ v = 1 ε C ^ f 。 ${\displaystyle {\frac {\partial f}{\partial t}}+\mathbf {v\cdot } {\frac {\partial f}{\partial \mathbf {r} }}+{\frac {\mathbf {F} }{m}}\cdot {\frac {\partial f}{\partial \mathbf {v} }}={\frac {1}{\varepsilon }}{\hat {C}}f.}$
小さいε {\displaystyle \varepsilon } 衝突項を意味するC ^ f {\displaystyle {\hat {C}}f} ストリーミング用語を支配するv ⋅ ∂ f ∂ r + F m ⋅ ∂ f ∂ v ${\displaystyle \mathbf {v\cdot } {\frac {\partial f}{\partial \mathbf {r} }}+{\frac {\mathbf {F} }{m}}\cdot {\frac {\partial f}{\partial \mathbf {v} }}}$ これは、クヌーセン数が小さいことと同じ意味です。したがって、チャップマン・エンスコッグ展開の適切な形式は次のようになります。
f = f ( 0 ) + ε f ( 1 ) + ε 2 f ( 2 ) + ⋯ 。 {\displaystyle f=f^{(0)}+\varepsilon f^{(1)}+\varepsilon ^{2}f^{(2)}+\cdots \ .}
このように形式的に展開できる解は、ボルツマン方程式の正規解として知られています。 [ 6 ] このクラスの解は、非摂動的な 寄与(例えば、e − 1 / ε {\displaystyle e^{-1/\バレプシロン }} )は境界層や内部衝撃層 付近に現れる。したがって、チャップマン・エンスコッグ理論は、そのような解が無視できる状況に限定される。
この展開を代入し、次数を等しくすると、ε {\displaystyle \varepsilon } 階層構造につながる
J ( f ( 0 ) 、 f ( 0 ) ) = 0 2 J ( f ( 0 ) 、 f ( n ) ) = ( ∂ ∂ t + v ⋅ ∂ ∂ r + F m ⋅ ∂ ∂ v ) f ( n − 1 ) − ∑ m = 1 n − 1 J ( f ( m ) 、 f ( n − m ) ) 、 n > 0 、 {\displaystyle {\begin{aligned}J(f^{(0)},f^{(0)})&=0\\2J(f^{(0)},f^{(n)})&=\left({\frac {\partial }{\partial t}}+\mathbf {v\cdot } {\frac {\partial }{\partial \mathbf {r} }}+{\frac {\mathbf {F} }{m}}\cdot {\frac {\partial }{\partial \mathbf {v} }}\right)f^{(n-1)}-\sum _{m=1}^{n-1}J(f^{(m)},f^{(nm)}),\qquad n>0,\end{aligned}}}
どこJ {\displaystyle J} は、両方の引数に関して線形な積分演算子であり、以下を満たす。J ( f 、 g ) = J ( g 、 f ) {\displaystyle J(f,g)=J(g,f)} そしてJ ( f 、 f ) = C ^ f {\displaystyle J(f,f)={\hat {C}}f} 最初の式に対する解はガウス分布である。
f ( 0 ) = n ′ ( r 、 t ) ( m 2 π k B T ′ ( r 、 t ) ) 3 / 2 exp [ − m | v − v 0 ′ ( r 、 t ) | 2 2 k B T ′ ( r 、 t ) ] 。 {\displaystyle f^{(0)}=n'(\mathbf {r} ,t)\left({\frac {m}{2\pi k_{\text{B}}T'(\mathbf {r} ,t)}}\right)^{3/2}\exp \left[-{\frac {m\left|\mathbf {v} -\mathbf {v} '_{0}(\mathbf {r} ,t)\right|^{2}}{2k_{\text{B}}T'(\mathbf {r} ,t)}}\right].}
一部の機能についてはn ′ ( r 、 t ) {\displaystyle n'(\mathbf {r} ,t)} 、v 0 ′ ( r 、 t ) {\displaystyle \mathbf {v} '_{0}(\mathbf {r} ,t)} 、 そしてT ′ ( r 、 t ) {\displaystyle T'(\mathbf {r} ,t)} の表現f ( 0 ) {\displaystyle f^{(0)}} これらの関数と、モーメントとして定義される物理的な流体力学的場との間の関連性を示唆している。f ( r 、 v 、 t ) {\displaystyle f(\mathbf {r} ,\mathbf {v} ,t)} :
n ( r 、 t ) = ∫ f ( r 、 v 、 t ) d v n ( r 、 t ) v 0 ( r 、 t ) = ∫ v f ( r 、 v 、 t ) d v n ( r 、 t ) T ( r 、 t ) = ∫ m 3 k B v 2 f ( r 、 v 、 t ) d v 。 {\displaystyle {\begin{aligned}n(\mathbf {r} ,t)&=\int f(\mathbf {r} ,\mathbf {v} ,t)\,d\mathbf {v} \\n(\mathbf {r} ,t)\mathbf {v} _{0}(\mathbf {r} ,t)&=\int \mathbf {v} f(\mathbf {r} ,\mathbf {v} ,t)\,d\mathbf {v} \\n(\mathbf {r} ,t)T(\mathbf {r} ,t)&=\int {\frac {m}{3k_{\text{B}}}}v^{2}f(\mathbf {r} ,\mathbf {v} ,t)\,d\mathbf {v} .\end{aligned}}}
しかし、純粋に数学的な観点から見ると、2つの関数セットは必ずしも同じではありません。ε > 0 {\displaystyle \varepsilon >0} (のためにε = 0 {\displaystyle \varepsilon =0} 定義上、それらは等しい)。実際、階層構造を体系的に進めていくと、同様にf ( 0 ) {\displaystyle f^{(0)}} 、 それぞれf ( n ) {\displaystyle f^{(n)}} また、任意の関数も含まれていますr {\displaystyle \mathbf {r} } そしてt {\displaystyle t} 物理的な流体力学的場との関係は、事前には 不明である。チャップマン・エンスコッグ理論の重要な単純化仮定の1つは、これらの本来任意である関数が、正確な流体力学的場とその空間勾配で表せると仮定することである。言い換えれば、空間と時間の依存性は、f {\displaystyle f} は流体力学的場を通してのみ暗黙的に流入する。この記述は物理的に妥当である。なぜなら、小さなクヌーセン数は流体力学的領域に対応し、その領域では気体の状態は流体力学的場のみによって決定されるからである。f ( 0 ) {\displaystyle f^{(0)}} 関数n ′ ( r 、 t ) {\displaystyle n'(\mathbf {r} ,t)} 、v 0 ′ ( r 、 t ) {\displaystyle \mathbf {v} '_{0}(\mathbf {r} ,t)} 、 そしてT ′ ( r 、 t ) {\displaystyle T'(\mathbf {r} ,t)} これらは、物理的な流体力学的場と完全に等しいと仮定される。
これらの仮定は物理的には妥当であるが、これらの性質を満たす解が実際に存在するかどうかという疑問が残る。より正確には、これらの性質を満たす解が存在することを示す必要がある。
∫ ∑ n = 1 ∞ ε n f ( n ) d v = 0 = ∫ ∑ n = 1 ∞ ε n f ( n ) v 2 d v ∫ ∑ n = 1 ∞ ε n f ( n ) v 私 d v = 0 、 私 ∈ { x 、 y 、 z } 。 {\displaystyle {\begin{aligned}\int \sum _{n=1}^{\infty }\varepsilon ^{n}f^{(n)}\,d\mathbf {v} =0=\int \sum _{n=1}^{\infty }\varepsilon ^{n}f^{(n)}\mathbf {v} ^{2}\,d\mathbf {v} \\[1ex]\int \sum _{n=1}^{\infty }\varepsilon ^{n}f^{(n)}v_{i}\,d\mathbf {v} =0,\qquad i\in \{x,y,z\}.\end{aligned}}}
さらに、そのような解が存在するとしても、それらがボルツマン方程式の通常の解の完全な集合を網羅しているかどうか、つまり、元の展開の人工的な制限を表していないかどうかという追加の問題が残ります。ε {\displaystyle \varepsilon } チャップマン・エンスコッグ理論の重要な技術的成果の1つは、これら2つの質問に肯定的に答えることである。[ 6 ] したがって、少なくとも形式レベルでは、チャップマン・エンスコッグのアプローチでは一般性が失われることはない。
これらの形式的な考察が確立されたので、計算に進むことができる。f ( 1 ) {\displaystyle f^{(1)}} 結果は[ 1 ]
f ( 1 ) = [ − 1 n ( 2 k B T m ) 1 / 2 A ( v ) ⋅ ∇ ln T − 2 n B ( v ) : ∇ v 0 ] f ( 0 ) 、 {\displaystyle f^{(1)}=\left[-{\frac {1}{n}}\left({\frac {2k_{\text{B}}T}{m}}\right)^{1/2}\mathbf {A} (\mathbf {v} )\cdot \nabla \ln T-{\frac {2}{n}}\mathbb {B(\mathbf {v} )\colon \nabla } \mathbf {v} _{0}\right]f^{(0)},}
どこA ( v ) {\displaystyle \mathbf {A} (\mathbf {v} )} はベクトルであり、B ( v ) {\displaystyle \mathbb {B} (\mathbf {v} )} テンソルは それぞれ、多項式展開によって明示的に解くことができる線形非斉次積分方程式 の解である。ここで、コロンは二重ドット積 を表す。T : T ′ = ∑ 私 、 j T 私 j T j 私 ′ {\textstyle \mathbb {T} \mathbb {T'} =\sum _{i,j}T_{ij}T'_{ji}} はテンソルを表す。T {\displaystyle \mathbb {T} } 、T ′ {\displaystyle \mathbb {T'} } 。
予測 クヌーセン数の一次近似では、熱流束は q = m 2 ∫ f ( r 、 v 、 t ) v 2 v d v {\textstyle \mathbf {q} ={\frac {m}{2}}\int f(\mathbf {r} ,\mathbf {v} ,t)\,v^{2}\mathbf {v} \,d\mathbf {v} } フーリエの熱伝導の法則 に従うことがわかっている。[ 7 ]
q = − λ ∇ T 、 {\displaystyle \mathbf {q} =-\lambda \nabla T,}
そして運動量フラックステンソルσ = m ∫ ( v − v 0 ) ( v − v 0 ) T f ( r 、 v 、 t ) d v {\textstyle \mathbf {\sigma } =m\int (\mathbf {v} -\mathbf {v} _{0})(\mathbf {v} -\mathbf {v} _{0})^{\mathsf {T}}f(\mathbf {r} ,\mathbf {v} ,t)\,d\mathbf {v} } ニュートン流体 のそれである、[ 7 ]
σ = p 私 − μ ( ∇ v 0 + ∇ v 0 T ) + 2 3 μ ( ∇ ⋅ v 0 ) 私 、 {\displaystyle \mathbf {\sigma } =p\mathbb {I} -\mu \left(\nabla \mathbf {v_{0}} +\nabla \mathbf {v_{0}} ^{T}\right)+{\frac {2}{3}}\mu (\nabla \cdot \mathbf {v_{0}} )\mathbb {I} ,}
と私 {\displaystyle \mathbb {I} } 単位テンソル。ここで、λ {\displaystyle \lambda } そしてμ {\displaystyle \mu } 熱伝導率と粘度です。これらは線形積分方程式を解くことで分子パラメータを用いて明示的に計算できます。下の表はいくつかの重要な分子モデル(m {\displaystyle m} は分子量であり、k B {\displaystyle k_{\text{B}}} はボルツマン定数です。[ 8 ]
With these results, it is straightforward to obtain the Navier–Stokes equations. Taking velocity moments of the Boltzmann equation leads to the exact balance equations for the hydrodynamic fields n ( r , t ) {\displaystyle n(\mathbf {r} ,t)} , v 0 ( r , t ) {\displaystyle \mathbf {v} _{0}(\mathbf {r} ,t)} , and T ( r , t ) {\displaystyle T(\mathbf {r} ,t)} :
∂ n ∂ t + ∇ ⋅ ( n v 0 ) = 0 ∂ v 0 ∂ t + v 0 ⋅ ∇ v 0 − F m + 1 n ∇ ⋅ σ = 0 ∂ T ∂ t + v 0 ⋅ ∇ T + 2 3 k B n ( σ : ∇ v 0 + ∇ ⋅ q ) = 0. {\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {\partial n}{\partial t}}+\nabla \cdot \left(n\mathbf {v} _{0}\right)&=0\\{\frac {\partial \mathbf {v} _{0}}{\partial t}}+\mathbf {v} _{0}\cdot \nabla \mathbf {v} _{0}-{\frac {\mathbf {F} }{m}}+{\frac {1}{n}}\nabla \cdot \mathbf {\sigma } &=0\\{\frac {\partial T}{\partial t}}+\mathbf {v} _{0}\cdot \nabla T+{\frac {2}{3k_{\text{B}}n}}\left(\mathbf {\sigma :} \nabla \mathbf {v} _{0}+\nabla \cdot \mathbf {q} \right)&=0.\end{aligned}}}
As in the previous section the colon denotes the double dot product , T : T ′ = ∑ i , j T i j T j i ′ {\textstyle \mathbb {T} :\mathbb {T'} =\sum _{i,j}T_{ij}T'_{ji}} . Substituting the Chapman–Enskog expressions for q {\displaystyle \mathbf {q} } and σ {\displaystyle \sigma } , one arrives at the Navier–Stokes equations.
Comparison with experiment An important prediction of Chapman–Enskog theory is that viscosity, μ {\displaystyle \mu } , is independent of density (this can be seen for each molecular model in table 1, but is actually model-independent). This counterintuitive result traces back to James Clerk Maxwell , who inferred it in 1860 on the basis of more elementary kinetic arguments.[ 11] It is well-verified experimentally for gases at ordinary densities.
On the other hand, the theory predicts that μ {\displaystyle \mu } does depend on temperature. For rigid elastic spheres, the predicted scaling is μ ∝ T 1 / 2 {\displaystyle \mu \propto T^{1/2}} , while other models typically show greater variation with temperature. For instance, for molecules repelling each other with force ∝ r − ν {\displaystyle \propto r^{-\nu }} the predicted scaling is μ ∝ T s {\displaystyle \mu \propto T^{s}} , where s = 1 / 2 + 2 / ( ν − 1 ) {\displaystyle s=1/2+2/(\nu -1)} . Taking s = 0.668 {\displaystyle s=0.668} , corresponding to ν ≈ 12.9 {\displaystyle \nu \approx 12.9} , shows reasonable agreement with the experimentally observed scaling for helium. For more complex gases the agreement is not as good, most likely due to the neglect of attractive forces.[ 13] Indeed, the Lennard-Jones model , which does incorporate attractions, can be brought into closer agreement with experiment (albeit at the cost of a more opaque T {\displaystyle T} 依存性については、表 1 の Lennard-Jones の項目を参照してください。[ 14 ] Lennard-Jones モデル を使用して得られたものよりも実験データとの一致が良くなるため、より柔軟なMie ポテンシャル が使用されています。[ 15 ] このポテンシャルの柔軟性が増したことで、さまざまな球対称分子の混合物の輸送特性を正確に予測できるようになりました。
チャップマン・エンスコッグ理論は、熱伝導率と熱伝導率の間に単純な関係があることも予測している。λ {\displaystyle \lambda } 粘度、μ {\displaystyle \mu } の形でλ = f μ c v {\displaystyle \lambda =f\mu c_{v}} 、 どこc v {\displaystyle c_{v}} は定容比熱 であり、f {\displaystyle f} は純粋に数値的な因子です。球対称分子の場合、その値は に非常に近いと予測されます。2.5 {\displaystyle 2.5} 多少モデル依存的な方法で。例えば、剛体弾性球はf ≈ 2.522 {\displaystyle f\approx 2.522} 、反発力を持つ分子∝ r − 13 {\displaystyle \propto r^{-13}} 持っているf ≈ 2.511 {\displaystyle f\approx 2.511} (後者の偏差は表1では無視される)。マックスウェル分子 の特殊な場合(反発力)∝ r − 5 {\displaystyle \propto r^{-5}} ) もっているf = 2.5 {\displaystyle f=2.5} まさにその通りです 。[ 16 ] λ {\displaystyle \lambda } 、μ {\displaystyle \mu } 、 そしてc v {\displaystyle c_{v}} 実験で直接測定できる、チャップマン・エンスコッグ理論の簡単な実験的検証は、f {\displaystyle f} 球対称の希ガス の場合。表2は、理論と実験の間に妥当な一致があることを示している。[ 12 ]
拡張機能 チャップマン・エンスコッグ理論の基本原理は、気体混合物や内部自由度を持つ分子など、より多様な物理モデルに拡張できます。高密度領域では、この理論は、平均自由行程 (衝突間) ではなく、衝突中の 分子直径を横切る運動量とエネルギーの衝突輸送を考慮するように適応できます。このメカニズムを含めると、十分高い密度で粘度の密度依存性が予測され、これは実験的にも観測されています。ソフト分子(レナード・ジョーンズ分子 やミー 分子など)の衝突中の輸送を考慮するために使用される補正を取得することは一般に容易ではありませんが、バーカー・ヘンダーソン摂動理論を適用して、さまざまな流体混合物の 臨界密度 までのこれらの効果を正確に記述することに成功しています。[ 15 ]
クヌーセン数に関して、この理論を高次の項まで展開することもできる。特に、2次項の寄与はf ( 2 ) {\displaystyle f^{(2)}} バーネットによって計算された。[ 17 ] しかし、一般的には、チャップマン・エンスコッグ展開が常に収束するとは限らないため、これらの高次補正は一次理論に信頼できる改善をもたらさない可能性がある。[ 18 ] (一方、この展開はボルツマン方程式の解に少なくとも漸近的であると考えられており、その場合は低次で打ち切っても正確な結果が得られる。)[ 19 ] 高次補正が特定のシステムで改善をもたらすとしても、対応する流体力学方程式の解釈については依然として議論されている。[ 20 ]
改訂版エンスコッグ理論 多成分混合物に対するチャップマン・エンスコッグ理論を高密度、特に混合物の共体積 が無視できない密度に拡張する研究は、EGD Cohenらによる一連の研究 [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] で行われ、改訂エンスコッグ理論(RET)と名付けられました。RETの導出に成功したのは、以前にも同様の試みが何度かありましたが、それらの結果は不可逆熱力学 と矛盾することが示されていました。RETの開発の出発点は、ボルツマン方程式の修正形です。s {\displaystyle s} -粒子速度分布関数、
( ∂ ∂ t + v 私 ⋅ ∂ ∂ r + F 私 m 私 ⋅ ∂ ∂ v 私 ) f 私 = ∑ j S 私 j ( f 私 、 f j ) {\displaystyle \left({\frac {\partial }{\partial t}}+\mathbf {v} _{i}\cdot {\frac {\partial }{\partial \mathbf {r} }}+{\frac {\mathbf {F} _{i}}{m_{i}}}\cdot {\frac {\partial }{\partial \mathbf {v} _{i}}}\right)f_{i}=\sum _{j}S_{ij}(f_{i},f_{j})}
どこv 私 ( r 、 t ) {\displaystyle \mathbf {v} _{i}(\mathbf {r} ,t)} は、種の粒子の速度です私 {\displaystyle i} 位置r {\displaystyle \mathbf {r} } そして時間t {\displaystyle t} 、m 私 {\displaystyle m_{i}} は粒子の質量です。F 私 {\displaystyle \mathbf {F} _{i}} は外力であり、
S 私 j ( f 私 、 f j ) = ∭ [ g 私 j ( σ 私 j k ) f 私 ′ ( r ) f j ′ ( r + σ 私 j k ) − g 私 j ( − σ 私 j k ) f 私 ( r ) f j ( r − σ 私 j k ) ] d τ {\displaystyle S_{ij}(f_{i},f_{j})=\iiint \left[g_{ij}(\sigma _{ij}\mathbf {k} )\,f_{i}'(\mathbf {r} )\,f_{j}'(\mathbf {r} +\sigma _{ij}\mathbf {k} )-g_{ij}(-\sigma _{ij}\mathbf {k} )\,f_{i}(\mathbf {r} )\,f_{j}(\mathbf {r} -\sigma _{ij}\mathbf {k} )\right]d\tau }
この方程式と古典的なチャップマン・エンスコッグ理論との違いは、ストリーミング演算子にある。S 私 j {\displaystyle S_{ij}} その中で、2 つの粒子の速度分布は、空間内の異なる点(間隔は)で評価される。σ 私 j k {\displaystyle \sigma _{ij}\mathbf {k} } 、 どこk {\displaystyle \mathbf {k} } は、2 つの粒子の重心を結ぶ線に沿った単位ベクトル です。もう 1 つの重要な違いは、次の要素の導入によるものです。g 私 j {\displaystyle g_{ij}} これは、排除体積による衝突確率の増加を表しています。古典的なチャップマン・エンスコッグ方程式は、と設定することで得られます。σ 私 j = 0 {\displaystyle \sigma _{ij}=0} そしてg 私 j ( σ 私 j k ) = 1 {\displaystyle g_{ij}(\sigma _{ij}\mathbf {k} )=1} 。
RETの成功にとって重要なポイントは、要素の選択である。g 私 j {\displaystyle g_{ij}} これは、接触距離で評価されたペア分布関数 として解釈される。σ 私 j {\displaystyle \sigma _{ij}} ここで注目すべき重要な要素は、不可逆熱力学 と一致する結果を得るためには、g 私 j {\displaystyle g_{ij}} これらは、局所密度の関数としてではなく、密度場の汎関数として扱われなければならない。
改訂版エンスコッグ理論による結果 RETから得られる結果の中で、古典的なチャップマン・エンスコッグ理論の結果と異なる最初の結果の一つは、状態方程式である。古典的なチャップマン・エンスコッグ理論では 理想気体の法則 が再現されるのに対し、剛体弾性球用に開発されたRETでは圧力方程式が得られる。
p n k T = 1 + 2 π n 3 ∑ 私 ∑ j x 私 x j σ 私 j 3 g 私 j 、 {\displaystyle {\frac {p}{nkT}}=1+{\frac {2\pi n}{3}}\sum _{i}\sum _{j}x_{i}x_{j}\sigma _{ij}^{3}g_{ij},}
これはカーナハン・スターリング状態方程式 と一致し、無限希釈の極限(つまり、n ∑ 私 、 j x 私 x j σ 私 j 3 〜 1 {\textstyle n\sum _{i,j}x_{i}x_{j}\sigma _{ij}^{3}\ll 1} )
輸送係数 (粘度 、熱伝導率 、拡散係数 、熱拡散係数 )については、RETは無限希釈の極限において古典的なチャップマン・エンスコッグ理論から得られる式に正確に帰着する式を提供する。ただし、RETは熱伝導率 の密度依存性を予測しており、それは次のように表すことができる。
λ = ( 1 + n α λ ) λ 0 + n 2 T 1 / 2 λ σ {\displaystyle \lambda =(1+n\alpha _{\lambda })\lambda _{0}+n^{2}T^{1/2}\lambda _{\sigma }}
どこα λ {\displaystyle \alpha _{\lambda }} そしてλ σ {\displaystyle \lambda _{\sigma }} 組成、温度、密度の比較的弱い関数であり、λ 0 {\displaystyle \lambda _{0}} これは、古典的なチャップマン・エンスコッグ理論から得られる熱伝導率である。
同様に、粘度について得られた式は次のように書くことができる。
μ = ( 1 + n T α μ ) μ 0 + n 2 T 1 / 2 μ σ {\displaystyle \mu =(1+nT\alpha _{\mu })\mu _{0}+n^{2}T^{1/2}\mu _{\sigma }}
とα μ {\displaystyle \alpha _{\mu }} そしてμ σ {\displaystyle \mu _{\sigma }} 組成、温度、密度の弱い関数、μ 0 {\displaystyle \mu _{0}} 古典的なチャップマン・エンスコッグ理論から得られる値。
拡散係数 と熱拡散係数 については、状況はやや複雑です。しかし、古典的なチャップマン・エンスコッグ理論に対するRETの主な利点の1つは、拡散係数の熱力学的因子、すなわち組成に関する化学ポテンシャル の導関数への依存性が予測されることです。さらに、RETは、
D ~ 1 n 、 D T ~ 1 n {\displaystyle D\sim {\frac {1}{n}},\quad D_{T}\sim {\frac {1}{n}}}
すべての密度に対して、係数は高密度では密度とともにゆっくりと減少すると予測され、これは実験結果とよく一致しています。これらの修正された密度依存性により、RET はソレー係数 の密度依存性も予測します。
S T = D T D 、 ( ∂ S T ∂ n ) T ≠ 0 、 {\displaystyle S_{T}={\frac {D_{T}}{D}},\quad \left({\frac {\partial S_{T}}{\partial n}}\right)_{T}\neq 0,}
古典的なチャップマン・エンスコッグ理論では、ソレー係数は粘度や熱伝導率と同様に密度に依存しないと予測されている。
アプリケーション 改訂版エンスコッグ理論は、古典的なチャップマン・エンスコッグ理論に比べて多くの利点がある一方で、実用化が著しく困難になるという欠点がある。古典的なチャップマン・エンスコッグ理論は、必要な衝突積分を評価するための十分正確かつ高速な積分ルーチンがあれば、任意の複雑な球状ポテンシャルに適用できるが、 改訂版エンスコッグ理論では、これに加えて、対分布関数の接触値に関する知識が必要となる。
硬球 の混合物の場合、この値は大きな困難なく計算できますが、より複雑な分子間ポテンシャルの場合、一般的に取得するのは容易ではありません。しかし、ミー流体(一般化された レナード・ジョーンズポテンシャル を介して相互作用する粒子から構成される)のペア分布関数の接触値を推定し、これらの推定値を使用して高密度ガス混合物および超臨界流体の輸送特性を予測することにはある程度の成功が収められています。[ 15 ]
RETを現実的なポテンシャルを介して相互作用する粒子に適用すると、軟質粒子の適切な「接触直径」 を決定するという問題にも直面する。硬質球については接触直径は明確に定義されているが、軟質粒子の接触直径として用いるべき値については、いまだに一般的に合意された値がない。
注記 1 2 チャップマン、シドニー; カウリング、TG (1970)、不均一気体の数学理論 (第3 版)、ケンブリッジ大学出版局 ↑ バレスク、ラドゥ (1975)、 平衡および非平衡統計力学 、ジョン・ワイリー・アンド・サンズ、 ISBN 978-0-471-04600-4 ↑ セルチニャーニ、カルロ (1975)、 『ボルツマン方程式の理論と応用』 、エルゼビア、 78–79 ページ 、 ISBN 978-0-444-19450-3 ↑ バレスク、450ページ ↑ バレスク、451ページ 1 2 グラッド、ハロルド (1958)、「気体運動論の原理」、フリュッゲ、S.(編)、 『物理学百科事典』 第XII巻、シュプリンガー・フェルラーク、 205~ 294 頁 1 2 Bird, R. Bryon; Armstrong, Robert C.; Hassager, Ole (1987), Dynamics of Polymeric Liquids, Volume 1: Fluid Mechanics (2nd ed.), John Wiley & Sons, pp . 10–11 ↑ チャップマン&カウリング、第10章 ↑ チャップマン&カウリング、172ページ ↑ チャップマン&カウリング、185ページ ↑ マクスウェル、ジェームズ (1860)、「V. 気体の動力学理論の図解 ― 第 I. 完全弾性球の運動と衝突について」、 Philosophical Magazine 、 19 (124): 19–32 、 doi : 10.1080/14786446008642818 1 2 チャップマン&カウリング p.249 ↑ チャップマン&カウリング、230~232ページ ↑ チャップマン&カウリング、235~237ページ 1 2 3 Jervell, Vegard G.; Wilhelmsen, Øivind (2023-06-08). "ミー流体に対する改訂版Enskog理論:拡散係数、熱拡散係数、粘度、および熱伝導率の予測" . The Journal of Chemical Physics . 158 (22). doi : 10.1063/5.0149865 . ISSN 0021-9606 . ↑ チャップマン&カウリング、247ページ ↑ Burnett, D. (1936), "不均一気体における分子速度の分布と平均運動", Proceedings of the London Mathematical Society , 40 : 382, doi : 10.1112/plms/s2-40.1.382 ↑ Santos, Andres; Brey, J. Javier; Dufty, James W. (1986), "Divergence of the Chapman–Enskog Expansion", Physical Review Letters , 56 (15): 1571– 1574, Bibcode : 1986PhRvL..56.1571S , doi : 10.1103/PhysRevLett.56.1571 , PMID 10032711 ↑ グラッド、ハロルド (1963)、「ボルツマン方程式の漸近理論」、 流体物理学 、 6 (2): 147、 Bibcode : 1963PhFl....6..147G 、 doi : 10.1063/1.1706716 ↑ García-Cólin, LS; Velasco, RM; Uribe, FJ (2008), "Beyond the Navier–Stokes equations: Burnett hydrodynamics", Physics Reports , 465 (4): 149– 189, Bibcode : 2008PhR...465..149G , doi : 10.1016/j.physrep.2008.04.010 ↑ López de Haro, M.; Cohen, EGD; Kincaid, JM (1983-03-01). "多成分混合物のEnskog理論。I. 線形輸送理論" . The Journal of Chemical Physics . 78 (5): 2746– 2759. doi : 10.1063/1.444985 . ISSN 0021-9606 . ↑ Kincaid, JM; López de Haro, M.; Cohen, EGD (1983-11-01). "多成分混合物のEnskog理論。II. 相互拡散" . The Journal of Chemical Physics . 79 (9): 4509– 4521. doi : 10.1063/1.446388 . ISSN 0021-9606 . ↑ López de Haro, M.; Cohen, EGD (1984-01-01). "多成分混合物のエンスコッグ理論。III. トレーサー成分を1つ含む高密度二成分混合物の輸送特性" . The Journal of Chemical Physics . 80 (1): 408– 415. doi : 10.1063/1.446463 . ISSN 0021-9606 . ↑ Kincaid, JM; Cohen, EGD; López de Haro, M. (1987-01-15). "多成分混合物のEnskog理論。IV. 熱拡散" . The Journal of Chemical Physics . 86 (2): 963– 975. doi : 10.1063/1.452243 . ISSN 0021-9606 . ↑ Van Beijeren, H.; Ernst, MH (1973 年 3 月). "非線形 Enskog-Boltzmann 方程式" . Physics Letters A . 43 (4): 367– 368. doi : 10.1016/0375-9601(73)90346-0 .
参考文献 このテーマに関する古典的な専門書:
チャップマン、シドニー;カウリング、TG(1970)、『不均一気体の数学理論』 (第3 版)、ケンブリッジ大学出版局 ボルツマン方程式の正規解に関する技術的な入門書です。
グラッド、ハロルド (1958)「気体運動論の原理」、フリュッゲ、S.(編)『物理学百科事典』 第XII巻、シュプリンガー・フェルラーク、 205~ 294 ページ