粉体の統計・熱力学と「フェルミ」流体論

粉末统计/热力学和“费米”流体理论

• 批准号: 08740308
• 负责人: 早川 尚男
• 金额: $ 0.7万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08740308/
• 关键词: 粉体; 散逸粒子系; 温度; フェルミ統計; 排除体積効果; ホール理論; 揺動散逸定理

散逸粒子系である粉体の統計的定常状態をどの様に特徴づけるかは従来大きな問題とされていた。本研究ではその特徴づけの為に平衡系での統計・熱力学的概念を積極的に利用して実験に即したレベルでの粉体系の記述を試みた。その結果、以下の様な一定の成果を挙げることができた。(1)粉体振動層におけるフェルミ統計の有効性:振動層と呼ばれる粉体を外部振動によって励起する系に於いて最も重要な効果は粒子の排除体積効果であることを看過した。特に2次元系で側壁などの効果が現われにくいときには粒子の密度分布は理想フェルミ分布で近似的にしかも定量的に記述できることを示した。この場合、粒子の励起を特徴づける「温度」は従来の粒子の運動エネルギーから推定するものと比して系に一様な値を与える外部パラメータによる示強変数として定義されているために系の特徴づけに有効な量となっている。この研究の主要部分はPhysical Review Lettersに印刷中であり、粉体の研究者のみならず非平衡系全般の研究に一定のインパクトを与えた。3次元系でも液体論におけるホール理論的描像の有効性を示唆している。(2)粉体流動層におけるホール理論の有効性:ガス流との混相系である流動層の問題に於いてもガス流速が「温度」と見做せることをシミュレーションによって確立し、同時に平衡に近い液体論で用いられるホール理論(自由体積理論)が有効であること更に揺動散逸理論が適用できるようなことが明らかになってきた。このことは強非平衡系でも平衡系の概念の有効性を示唆する。

如何表征粉末这种耗散粒子系统的统计稳态一直是过去的一个主要问题。在本研究中，为了表征粉末系统，我们积极利用平衡系统中的统计和热力学概念，试图在适合实验的水平上描述粉末系统。结果，我们取得了如下所示的某些结果。 (1)费米统计在粉末振动层中的有效性：我们忽略了，在粉末受外部振动激励的振动层系统中，最重要的效应是颗粒的排除体积效应。特别是在侧壁等效应难以出现的二维系统中，粒子的密度分布可以用理想的费米分布近似定量地描述。在这种情况下，表征粒子激发的“温度”被外部参数定义为强度变量，与根据粒子动能估计的传统值相比，该外部参数为系统提供了统一的值，因此这是系统的一个特征。这项研究的主要部分目前正在《物理评论快报》上发表，不仅对粉末研究人员而且对一般非平衡系统的研究都产生了一定的影响。这表明霍尔理论图像在液体理论中的有效性，即使在三维系统中也是如此。 (2)霍尔理论在粉末流化床中的有效性：即使在流化床这种具有气流的多相系统的问题中，通过模拟也确立了气流速度可以被视为“温度”，同时显然，液体理论中使用的霍尔理论（自由体积理论）是有效的，并且可以应用振荡耗散理论。这表明平衡系统概念的有效性，即使在强非平衡系统中也是如此。

项目成果

Hisao Hayakawa: "Dynamics of Granular Compaction" International Journal of Bifurcations and Chos. (印刷中). (1997)

Hisao Hayakawa：“颗粒压实动力学”国际分岔和 Chos 杂志（1997 年出版）。

Hisao Hayakawa: "Fermi Statics of Weakly Excited Granular Matenals" Powders and Grains 97. (印刷中).

Hisao Hayakawa：“弱激发颗粒材料的费米静力学”粉末和谷物 97。（印刷中）。