Распространение импульса

Импульсная диффузия чаще всего относится к диффузии или распространению количества движения между частицами ( атомами или молекулами ) вещества , часто в жидком состоянии. Этот перенос количества движения может происходить в любом направлении потока жидкости. Диффузия импульса может быть приписана либо внешнему давлению, либо напряжению сдвига, либо обоим.

Распространение из-за давления [ править ]

Когда давление прикладывается к несжимаемой жидкости, скорость жидкости изменяется. Жидкость ускоряется или замедляется в зависимости от относительного направления давления по отношению к направлению потока. Это связано с тем, что приложение давления к жидкости вызвало диффузию количества движения в этом направлении. Понимание точной природы диффузии - ключевой аспект в понимании диффузии импульса из-за давления. ^[1]

Распространение импульса из-за сдвиговых напряжений [ править ]

Жидкость, текущая по плоской пластине, будет прилипать к ней в точке контакта, и это называется условием прилипания . Это результат сил сцепления между плоской пластиной и жидкостью. Наличие стенки влияет на определенное расстояние в жидкости (в направлении, перпендикулярном площади стенки и потоку), и это называется пограничным слоем .

Любой слой жидкости, не соприкасающийся со стенкой, будет течь с определенной скоростью и будет зажат между двумя слоями жидкости. Теперь слой чуть выше него (текущий с большей скоростью) будет пытаться перетащить его в направлении потока, тогда как слой чуть ниже него (текущий с меньшей скоростью) будет пытаться замедлить его. Притяжение между слоями жидкости является результатом сил сцепления, а вязкость - это свойство, которое объясняет природу и силу сил сцепления внутри жидкости.

Принято считать, что текущая жидкость будет оказывать определенное усилие на пластину, пытаясь тянуть ее в направлении своего потока. Плоская пластина оказывает на жидкость одинаковое усилие. ( Третий закон Ньютона )

Эксперименты с потоком жидкости, параллельным плоской пластине, показывают, что сила, известная как напряжение сдвига, может быть математически выражена как

${\ displaystyle \ tau = - \ mu du / dy}$

Обратите внимание, что это действительно только для одномерного потока жидкости в прямоугольных координатах. Это напряжение сдвига в любом слое жидкости, где (т.е. градиент скорости в направлении, перпендикулярном потоку и площади плоской пластины), является локальным градиентом и является вязкостью.${\ Displaystyle \ тау}$${\ displaystyle du / dy}$${\ displaystyle \ mu}$

Единицы напряжения сдвига - сила на единицу площади. Это в системе MKS. Это также можно интерпретировать как . Однако это также единицы измерения потока количества движения. Это точная причина, по которой напряжение сдвига в жидкости также можно интерпретировать как поток количества движения. Распространение количества движения происходит в направлении уменьшения скорости. Это означает, что импульс передается от жидкости в верхних слоях (которая имеет больший импульс) к жидкости, которая находится близко к стенке (которая имеет меньший импульс из-за своей более низкой скорости).${\ Displaystyle Н / м ^ {2}}$${\ displaystyle кг / м {\ cdot} s ^ {2}}$

Фраза «импульсная диффузия» может также относиться к диффузии вероятности того, что одна частица имеет конкретный импульс. ^[2] В этом случае в импульсном пространстве распространяется функция распределения вероятностей, а не (сохраняющаяся) величина импульса, которая распространяется среди многих частиц.

Ссылки [ править ]