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。

传统的问题是如何表征粉末的统计稳态的主要问题，这些粉末是消散颗粒的统计稳态。在这项研究中，我们在平衡系统中积极利用统计和热力学概念来描述实验水平的粉末系统以表征它们。结果，我们已经达到了某些结果，例如：（1）费米统计在粉末振动层上的有效性：被忽略的是，在该系统中，最重要的效果在该系统中，粉末称为振动层的效果是排除颗粒的体积效应。已经表明，特别是，当难以在二维系统中显示诸如侧壁之类的效果时，可以以理想的费米分布描述颗粒的密度分布，并且可以以近似和定量的方式描述。在这种情况下，表征粒子激发的“温度”被定义为具有外部参数的密集变量，与从常规粒子的动能估计相比，它使系统具有均匀的值，从而使其具有表征系统的有效量。这项研究的主要部分是在物理审查信中印刷的，这不仅对粉末研究人员产生了一定的影响，而且对整个非平衡系统的研究都产生了一定的影响。这也暗示了霍尔理论说明在液体理论中的有效性，即使在三维系统中也是如此。 （2）霍尔理论在粉末流动床中的有效性：通过模拟确定，即使在流动性床的问题中，气流速度也可以被视为“温度”，这是与气流的混合阶段，与此同时，在液态理论中，使用等于平衡的液体理论（自由理论）变得有效，并且可以有效地分流。这表明即使在强大的非平衡系统中，平衡系统概念的有效性也是如此。

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）。