Коэффициент кондуктивной теплопроводности (в отсутствии потоков) определяется как сумма коэффициентов
теплопроводностей всех компонентов смеси
(6.19).
В практических расчетах кондуктивная теплопроводность компоненты «i» определяется по формулам элементарной кинетической теории с поправками, полученными на основе более строгой кинетической теории или эксперимента
(6.20).
- теплоемкость, соответствующая внутренним
степеням свободы, множитель 5/2 перед поступательной частью теплоемкости есть
поправка Эйкина, учитывающая вклад быстрых частиц.
Длина свободного пробега определяется выражением
(6.21).
Параметр стойкости
учитывает тенденцию частиц сохранять после
столкновения компоненту скорости в первоначальном направлении
(6.22).
При
наличии реакции ионизации в (6.19) необходимо учесть вклад электронной
компоненты в
и
теплопроводность, обусловленную переносом энергии ионизации
в
.
Электронная теплопроводность.
Для слабоионизованного газа используют приближение Вальдмана:
(6.23).
Для полностью ионизованной плазмы приближение Спитцера
(6.24).
В (6.23) и
(6.24) ;
-
степень ионизации;
- сечение столкновения электрона
с ионом;
- сечение столкновения электрона с
нейтральной частицей сорта «s».
В промежуточной области можно использовать сшивку:
(6.25).
Теплопроводность, обусловленная переносом
энергии ионизации.
Данный процесс происходит вследствие совместной диффузии электронов и ионов и называется амбиполярной диффузией. Суть ее заключается в следующем. Рассмотрим некоторый объем занимаемый полностью ионизованной плазмой. Вследствие диффузионных процессов из него будут выходить электроны и ионы, при этом, поскольку электроны легче, скорость их выхода будет выше, чем у ионов. В результате в рассматриваемом объеме возникнут не скомпенсированный электрический заряд и электрическое поле, которое будет препятствовать разделению зарядов. Это приведет к тому, что электроны и ионы начнут диффундировать совместно и для потока заряженных частиц будем иметь
(6.26),
где ,
,
температура электронов и ионов
соответственно. Величина
носит название
коэффициента амбиполярной диффузии. В результате амбиполярной диффузии будет переносится
тепло и коэффициент теплопроводности, соответствующий этому процессу согласно
(6.17) есть
(6.27).
Здесь энергия ионизации и масса атома сорта «s» соответственно,
массовая
концентрация ионов сорта «s».
Таким образом, полный коэффициент теплопроводности для плазмы составит
(6.28).
Статистические методы в теории переноса.
Потоковые уравнения и выражения для
коэффициентов переноса можно получить, если известна функция распределения
плотности вероятности. Пусть число частиц в элементе
шестимерного фазового объема
. Запишем полную
производную по времени от функции распределения
(6.29),
где ускорение, а
внешние силы, действующие на систему;
(столкновительный член) – равен разности
потоков частиц приходящих и покидающих фазовый объем. В общем случае
столкновительный член в явном виде выписать не удается. Это можно сделать в
случае упругих парных столкновений (т. н. двухчастичное приближение).
Пусть до столкновения скорость одной
частицы , другой
и
соответствующие им функции распределения
и
, а после столкновения
и
.
Обозначим через
их относительную скорость.
Окружим молекулы обладающие скоростью
некой
сферой действия с радиусом равным радиусу действия межмолекулярных сил. Тогда
число столкновений молекулы первого сорта со всеми молекулами второго сорта в
рассматриваемом объеме за единицу времени (частота столкновений) есть (см.
(4.11):
(6.30),
где сечение столкновения. Умножая
(6.30) на число частиц первого сорта в элементе фазового объема -
и интегрируя по всем
относительным скоростям (в данном случае по
) и
прицельным параметрам получим поток частиц, приходящих в фазовый объем
, который через дифференциальное
эффективное сечение
(см.(5.9)) запишется
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.