(23)
Таким образом, уравнение (21),
определяющая конкретный вид автомодельного решения (8), (10), содержит
произвольный параметр . Встает вопрос о возможных
физических значениях этого параметра, из его определения (22) очевидно пока
только, что
.
При и любых
решение уравнения (21) имеет асимптотику
, при
и любых
асимптотика имеет вид
. Такой вид асимптотики при малых
согласуется с (7), обеспечивая конечность
скорости убыли числа капель (6), асимптотика при больших
означает, что в качестве решения можно
выбирать лишь финитные функции
– такие, что
при
, в
противном случае не будет существовать интеграл в уравнении баланса вещества
(4) .
Область допустимых значений
параметра определяется полиномом
, (24)
стоящим множителем при производной в уравнении (21). Чтобы финитное решение этого уравнения было корректным, необходимо, чтобы выполнялось условие
(25)
в случае если ,
и обращения в нуль также и полинома в правой части (21) в случае
. Полином
при
любых
имеет как минимум один вещественный
корень. Учитывая, что
, видно, что локальный минимум
находится в точке
,
а локальный максимум – в точке
. Отсюда заключаем, что
этот всегда присутствующий корень отрицателен
. На
роль же
, согласно (25), может претендовать
положительный корень полинома
.
На Рис.1 показаны графики в области локализации положительных корней
.
Рис.1. График функции
при
различных значениях параметра
:
для кривой 3,
для
кривой 2,
для кривой 1.
Такие корни существуют при , при
они
сливаются в один корень
. Отметим, что для
полинома (24) сумма корней равна нулю:
.
Таким образом, допустимые
значения параметра лежат в области
. Зная корни полинома (24), нетрудно
проинтегрировать уравнение (21). Результат можно представить в виде
, (26)
где . В
качестве независимого параметра в решении (26) выбран показатель
, прочие параметры, в том числе исходный
независимый параметр
, выражаются через
соотношениями
. (27)
Для решений, удовлетворяющих условию
, параметр
может
лежать в диапазоне
, этому соответствуют значения
максимального радиуса капель в диапазоне
,
параметр же
монотонно убывает от
при
до
при
. Случай
, при котором
(обрыв
на правом краю распределения), также допустим, так как при этом полином в
правой части (21) обращается в ноль в точке
.
Таким образом, область
физических значений параметра лежит в диапазоне
, которому соответствует диапазон
параметра
.
Аккуратное рассмотрение предельного случая
показывает,
что при этом (26) переходит в функцию Лифшица-Слезова (9), если учесть, что в
этом случае
, что приводит к появлению в (26) множителя
вида
, дающего
в
пределе
.
На Рис.2 изображены графики
функции (26) при различных значениях параметра .
Рис.2. Функция для трех значений параметра
и функция Лифшица-Слезова.
Приведем некоторые общие
свойства автомодельного распределения (26). Проинтегрируем обе части уравнения
(21) в пределах от до
.
Интегрируя в левой части уравнения по частям и учитывая (25), получим
, (28)
откуда следует, что . Это соотношение означает равенство
критического и среднего радиуса капель в автомодельном распределении при любых
допустимых значениях параметра
. Интеграл в правой
части (28) на самом деле равен единице при выбранной нормировке функции
в (26). Чтобы это доказать, надо
повторить описанную процедуру интегрирования уравнения (21), разделив
предварительно на
обе его части, это приводит к соотношению
. (29)
Из (26) видно, что правая часть этого соотношения равна единице, с учетом (28) это показывает, что функция (26) действительно нормирована на единицу.
Приведем результаты для основных физических величин в исходных обозначениях. Для критического радиуса из (23), (14) и (15) находим
. (30)
Для числа капель в единице объема из (5), (8), (26) имеем
(31)
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.