Том 21, номер 02, статья № 5

Аннотация:

Представлены результаты теоретического и экспериментального исследования так называемых "аккомодационных" сил (сил гравито-фотофореза), действующих на частицы с асимметрией поверхностных свойств в разреженном газе в поле направленного электромагнитного излучения. Газокинетическая теория явления в свободномолекулярном режиме предсказывает возникновение необычной силы, обусловленной разницей коэффициентов аккомодации нормального импульса на полусферах модельной частицы. Для микронных частиц в стратосфере она может быть сопоставима с силами радиометрического фотофореза, но не превосходит силу тяжести. Измеренные значения силы для стальной частицы в гелии по методике модельного теплофизического эксперимента хорошо согласуются с независимыми теоретическими предсказаниями. Отношение "аккомодационной" силы к силе радиометрического фотофореза в эксперименте не превышает 3%.

Список литературы:

1. Hamill P., Jensen E.J., Russell P.B., Bauman J.J. The life cycle of stratospheric aerosol particles // Bull. Amer. Meteorol. Soc. 1997. V. 78. N 7. P. 1395-1410.
2. Plumb R.A. Stratospheric transport // J. Meteor. Soc. Jap. 2002. V. 80. P. 793-809.
3. Зуев В.Е., Копытин Ю.Д., Кузиковский А.В. Нелинейные оптические эффекты в аэрозолях. Новосибирск: Наука, 1980. 184 с.
4. Dudek D.R., Fletcher T.H., Longwell J.P., Sarofim A.P. Natural convection induced drag forces on spheres at low Grashof numbers: comparison of theory with experiment // Int. J. Heat and Mass Transfer. 1988. V. 31. N 4. P. 863-873.
5. Береснев С.А., Ковалев Ф.Д., Кочнева Л.Б., Рунков В.А., Суетин П.Е., Черемисин А.А. О возможности фотофоретической левитации частиц в стратосфере // Оптика атмосф. и океана. 2003. Т. 16. № 1. С. 52-57.
6. Береснев С.А., Кочнева Л.Б. Фактор асимметрии поглощения и фотофорез аэрозолей // Оптика атмосф. и океана. 2003. Т. 16. № 2. С. 134-141.
7. Береснев С.А., Кочнева Л.Б., Суетин П.Е., Захаров В.И., Грибанов К.Г. Фотофорез атмосферных аэрозолей в поле теплового излучения Земли // Оптика атмосф. и океана. 2003. Т. 16. № 5-6. С. 470-478.
8. Tehranian S., Giovane F., Blum J., Xu Y.-L., Gustafson B.A.S. Photophoresis of micrometer-sized particles in the free-molecular regime // Int. J. Heat and Mass Transfer. 2001. V. 44. N 9. P. 1649-1657.
9. Karasev V.V., Ivanova N.A., Sadykova A.R., Kukhareva N., Baklanov A.M., Onischuk A.A., Kovalev F.D., Beresnev S.A. Formation of charged soot aggregates by combustion and pyrolysis: сharge distribution and photophoresis // J. Aerosol Sci. 2004. V. 35. N 3. P. 363-381.
10. Ehrenhaft F., Reeger E. Sur la photophorese transversale // Compt. Rend. Acad. Sci. 1951. T. 232. N 21. P. 1922-1924.
11. Rohatschek H. The role of gravitophotophoresis for stratospheric and mesospheric particulates // J. Atmos. Chem. 1984. V. 1. N 4. P. 377-389.
12. Rohatschek H. Direction, magnitude and causes of photophoretic forces // J. Aerosol Sci. 1985. V. 16. N 1. P. 29-42.
13. Rohatschek H. Photophoretic levitation of carbonaceous aerosols // J. Aerosol Sci. 1989. V. 20. N 8. P. 903-906.
14. Jovanovic O., Horvarh H. Light induced motion of black carbon for stratospheric range of pressures // J. Aerosol Sci. 2000. V. 31. Suppl. 1. P. S831-S832.
15. Jovanovic O., Horvarh H. Gravito-photophoresis of black carbon particles for stratospheric range of pressures // J. Aerosol Sci. 2000. V. 32. Suppl. 1. P. S443-S444.
16. Preining O. Photophoresis // Aerosol Science (ed. C.N. Davis). N.Y.: Academic Press, 1966. P. 111-135.
17. Rohatschek H. Levitation of stratospheric and mesospheric aerosols by gravito-photophoresis // J. Aerosol Sci. 1996. V. 27. N 3. P. 467-475.
18. Rohatschek H. Semi-empirical model of photophoretic forces for the entire range of pressures // J. Aerosol Sci. 1995. V. 26. N 5. P. 717-734.
19. Pueschel R.F., Verma S., Rohatschek H., Ferry G.V., Boiadjieva N., Howard S.D., Strawa A.W. Vertical transport of anthropogenic soot aerosol into the middle atmosphere // J. Geophys. Res. D. 2000. V. 105. N 3. P. 3727-3736.
20. Beresnev S.A., Chernyak V.G., Fomyagin G.A. Photophoresis of a spherical particle in a rarefied gas // Phys. Fluids A. 1993. V. 5. N 8. P. 2043-2052.
21. Knudsen M. Radiometer pressure and coefficient of accommodation. D. Kgl. Danske Vidensk. Selskab. Math.-fys. Medd. 1930. V. 11. P. 3-75.
22. Pueshel R.F., Boering K.A., Verma S., Howard S.D., Ferry G.V., Goodman J., Allen D.A., Hamill P. Soot aerosol in the lower stratosphere: pole-to-pole variability and contributions by aircraft // J. Geophys. Res. D. 1997. V. 102. N 11. P. 13,113-13,118.
23. Cheremisin A.A., Vassilyev Yu.V., Kushnarenko A.V. Photophoretic forces for bispherical aerosol particles // Proc. SPIE. 2003. V. 5027. P. 21-32.
24. Черемисин А.А., Васильев Ю.В. Математическая модель процессов левитации аэрозольных частиц в атмосфере Земли под действием сил гравитофотофореза // Тр. Mеждунар. конф. по вычисл. матем. Ч. 1. Новосибирск: Изд-во ИВМиМГ СО РАН, 2004. С. 327-332.
25. Cheremisin A.A., Vassilyev Yu.V., Horvath H. Gravito-photophoresis and aerosol stratification in the atmosphere // J. Aerosol Sci. 2005. V. 36. N 11. P. 1277-1299.
26. Черчиньяни К. Теория и приложения уравнения Больцмана. М.: Мир, 1978. 496 с.
27. Beresnev S.A., Chernyak V.G., Fomyagin G.A. Motion of a spherical particle in a rarefied gas. Part 2. Drag and thermal polarization // J. Fluid Mech. 1990. V. 219. P. 405-421.
28. Beresnev S.A., Chernyak V.G. Thermophoresis of a spherical particle in a rarefied gas: numerical analysis based on the model kinetic equations // Phys. Fluids. 1995. V. 7. N 7. P. 1743-1756.
29. Shen S.F. Parametric representation of gas-surface interaction data and the problem of slip-flow boundary conditions with arbitrary accommodation coefficients // Entropie. 1967. V. 18. P. 135-144.
30. Cercignani C., Pagani C.D. Rarefied flows in presence of fractionally accommodating walls // Rarefied Gas Dynamics (ed. L. Trilling, H.Y. Wachmann). N.Y.: Academic Press, 1969. Part 1. P. 269-276.
31. Баранцев Р.Г. Взаимодействие разреженных газов с обтекаемыми поверхностями. М.: Наука, 1975. 344 с.
32. Ковалев Ф.Д. Экспериментальное исследование фотофореза в газах: Автореф. дис. … канд. физ.-мат. наук. Екатеринбург: Уральский гос. ун-т., 2003. 24 с.
33. Кушер И. Феноменологические теории аккомодации газа на поверхности // Динамика разреженных газов / Под ред. В.П. Шидловского. М.: Мир, 1976. С. 60-84.
34. Коленчиц О.А. Тепловая аккомодация систем газ - твердое тело. Минск: Изд-во "Наука и техника", 1977. 128 с.
35. Kostoff R.N., Anderson J.B., Fenn J.B. Measurements of momentum accommodation of gas molecules at surfaces // Fundamentals of gas-surface interactions (ed. H. Saltsburg et al.). N.Y.: Academic Press, 1967. P. 512-521.