Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Sóng Nổ Trong Hai và Ba Chiều: Phương Trình Euler So Với Phương Trình Navier–Stokes
Tóm tắt
Giải pháp chính xác của phương trình Euler, mô tả sự tiến triển theo thời gian của một sóng nổ do một vụ nổ dữ dội tạo ra, là một vấn đề kinh điển trong động lực học chất khí. Tuy nhiên, đã phát hiện rằng các kết quả phân tích không khớp với kết quả từ mô phỏng động lực học phân tử của các hình cầu cứng trong hai và ba chiều. Trong bài báo này, chúng tôi chỉ ra rằng sự không khớp giữa lý thuyết và các mô phỏng có thể được giải quyết bằng cách xem xét phương trình Navier–Stokes. Từ mô phỏng số trực tiếp của phương trình Navier–Stokes trong hai và ba chiều, chúng tôi chỉ ra rằng việc đưa vào các yếu tố dẫn nhiệt và độ nhớt là thiết yếu để nắm bắt được các kết quả từ những mô phỏng động lực học phân tử.
Từ khóa
#phương trình Euler #phương trình Navier–Stokes #sóng nổ #động lực học chất khí #mô phỏng động lực học phân tử #độ nhớt #dẫn nhiệtTài liệu tham khảo
Landau L.D., Lifshitz, E.M.: Fluid Mechanics. Course of theoretical physics, Vol. 6 (Butterworth-Heinemann, Oxford UK, 1987)
Barenblatt, G.I.: Scaling, self-similarity, and intermediate asymptotics: dimensional analysis and intermediate asymptotics (Cambridge University Press, 1996)
Whitham, G.B.: Linear and nonlinear waves (John Wiley & Sons, 2011)
Taylor, G. I.: The formation of a blast wave by a very intense explosion.- I. Theoretical discussion. Proc. Roy. Soc. A 201(1065), 159 (1950)
Taylor, G. I.: The formation of a blast wave by a very intense explosion.-II. The atomic explosion of 1945. Proc. Roy. Soc. A 201(1065), 175 (1950)
von Neumann, J.: Collected Works, p. 219. Pergamon Press, Oxford (1963)
Sedov, L.: Similarity and Dimensional Methods in Mechanics, 10th edn. CRC Press, Florida (1993)
Sedov, L.: Propagation of strong shock waves. J. Appl. Math. Mech. 10, 241 (1946)
Edwards, M., MacKinnon, A., Zweiback, J., Shigemori, K., Ryutov, D., Rubenchik, A., Keilty, K., Liang, E., Remington, B., Ditmire, T.: Investigation of ultrafast laser-driven radiative blast waves. Phys. Rev. Lett. 87(8), 085004 (2001)
Edens, A., Ditmire, T., Hansen, J., Edwards, M., Adams, R., Rambo, P., Ruggles, L., Smith, I., Porter, J.: Study of high Mach number laser driven blast waves. Phys. Plasma 11(11), 4968 (2004)
Moore, A.S., Symes, D.R., Smith, R.A.: Tailored blast wave formation: Developing experiments pertinent to laboratory astrophysics. Phys. Plasma 12(5), 052707 (2005)
Gull, S., Longair, M.: A numerical model of the structure and evolution of young supernova remnants. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 161(1), 47 (1973)
Cioffi, D.F., McKee, C.F., Bertschinger, E.: Dynamics of radiative supernova remnants. Astro. J. 334, 252 (1988)
Ostriker, J.P., McKee, C.F.: Astrophysical blastwaves. Rev. Mod. Phys. 60(1), 1 (1988)
Cowie, L.: The early evolution of supernova remnants in a homogeneous medium-The effects of electron thermal conduction. Astro. J. 215, 226 (1977)
Bertschinger, E.: Cosmological detonation waves. Astro. J. 295, 1 (1985)
Bertschinger, E.: Cosmological self-similar shock waves and galaxy formation. Astro. J. 268, 17 (1983)
Dokuchaev, V.: Self-similar spherical shock solution with sustained energy injection. Astronomy & Astrophysics 395(3), 1023 (2002)
Falle, S.: A numerical calculation of the effect of stellar winds on the interstellar medium. Astronomy and Astrophysics 43, 323 (1975)
Barbier, M., Villamaina, D., Trizac, E.: Blast dynamics in a dissipative gas. Phys. Rev. Lett 115(21), 214301 (2015)
Barbier, M., Villamaina, D., Trizac, E.: Microscopic origin of self-similarity in granular blast waves. Phys. Fluids 28(8), 083302 (2016)
Walsh, A.M., Holloway, K.E., Habdas, P., de Bruyn, J.R.: Morphology and scaling of impact craters in granular media. Phys. Rev. Lett. 91(10), 104301 (2003)
Metzger, P.T., Latta, R.C., III., Schuler, J.M., Immer, C.D.: Craters formed in granular beds by impinging jets of gas. AIP Conference Proceedings 28(1), 767–770 (2009)
Grasselli, Y., Herrmann, H.: Crater formation on a three dimensional granular heap. Granular Matter 3(4), 201 (2001)
Boudet, J.F., Cassagne, J., Kellay, H.: Blast shocks in quasi-two-dimensional supersonic granular flows. Phys. Rev. Lett. 103(22), 224501 (2009)
Jabeen, Z., Rajesh, R., Ray, P.: Universal scaling dynamics in a perturbed granular gas. EPL (Europhysics Letters) 89(3), 34001 (2010)
Pathak, S.N., Jabeen, Z., Ray, P., Rajesh, R.: Shock propagation in granular flow subjected to an external impact. Phys. Rev. E 85(6), 061301 (2012)
Cheng, X., Xu, L., Patterson, A., Jaeger, H.M., Nagel, S.R.: Towards the zero-surface-tension limit in granular fingering instability. Nature Physics 4(3), 234 (2008)
Sandnes, B., Knudsen, H., Måløy, K., Flekkøy, E.: Labyrinth patterns in confined granular-fluid systems. Phys. Rev. Lett. 99(3), 038001 (2007)
Pinto, S., Couto, M., Atman, A., Alves, S., Bernardes, A.T., de Resende, H., Souza, E.: Granular fingers on jammed systems: New fluidlike patterns arising in grain-grain invasion experiments. Phys. Rev. Lett. 99(6), 068001 (2007)
Johnsen, Ø., Toussaint, R., Måløy, K.J., Flekkøy, E.G.: Pattern formation during air injection into granular materials confined in a circular Hele-Shaw cell. Phys. Rev. E 74(1), 011301 (2006)
Huang, H., Zhang, F., Callahan, P., Ayoub, J.: Granular fingering in fluid injection into dense granular media in a Hele-Shaw cell. Phys. Rev. Lett. 108(25), 258001 (2012)
Joy, J.P., Pathak, S.N., Das, D., Rajesh, R.: Shock propagation in locally driven granular systems. Phys. Rev. E 96(3), 032908 (2017)
Antal, T., Krapivsky, P., Redner, S.: Exciting hard spheres. Phys. Rev. E 78(3), 030301 (2008)
Joy, J.P., Rajesh, R.: Shock propagation in the hard sphere gas in two dimensions: comparison between simulations and hydrodynamics. J. Stat. Phys. 184(1), 1 (2021)
Joy, J.P., Pathak, S.N., Rajesh, R.: Shock propagation following an intense explosion: comparison between hydrodynamics and simulations. J. Stat. Phys. 182(2), 1 (2021)
Ganapa, S., Chakraborti, S., Krapivsky, P., Dhar, A.: Blast in the one-dimensional cold gas: Comparison of microscopic simulations with hydrodynamic predictions. Phys. Fluids 33(8), 087113 (2021)
Chakraborti, S., Ganapa, S., Krapivsky, P., Dhar, A.: Blast in a One-Dimensional Cold Gas: From Newtonian Dynamics to Hydrodynamics. Phys. Rev. Lett. 126(24), 244503 (2021)
Warsi, Z.U.: Fluid dynamics: theoretical and computational approaches (CRC press, 2005)
Huang, K.: Statistical mechanics, john wily & sons, New York p. 10 (1963)
Reif, F.: Fundamentals of statistical and thermal physics (Waveland Press, 2009)
Boukharfane, R., Ferrer, P.J.M., Mura, A., Giovangigli, V.: On the role of bulk viscosity in compressible reactive shear layer developments. European Journal of Mechanics-B/Fluids 77, 32 (2019)
Eder, O.J., Lackner, T.: Pressure and bulk viscosity in a hard sphere gas. The Journal of Chemical Physics 75(2), 853 (1981)
McCoy, B.M.: Advanced statistical mechanics, vol. 146 (Oxford University Press, 2010)
MacCormack, R.W.: A numerical method for solving the equations of compressible viscous flow. AIAA journal 20(9), 1275 (1982)
Henderson, D.: A simple equation of state for hard discs. Molecular Physics 30(3), 971 (1975)
Santos, A., López de Haro, M., Bravo Yuste, S.: An accurate and simple equation of state for hard disks. J. Chem. Phys. 103(11), 4622 (1995)
Barrat, A., Trizac, E.: Molecular dynamics simulations of vibrated granular gases. Phys. Rev. E 66(5), 051303 (2002)
Mulero, A., Cachadina, I., Solana, J.: The equation of state of the hard-disc fluid revisited. Molecular Physics 107(14), 1457 (2009)