Äänenvoimakkuuden keskiarvo

Päättävä keskimääräinen tilavuus , usein viitataan sen Englanti nimi tilavuuden keskiarvon on skaalaus matemaattinen tekniikkaa käytetään laajasti tutkimuksessa huokoisten välineiden tavoitteena on luoda makroskooppinen malleja ongelmia 'mikroskooppisen mittakaavassa. Historiallisesti tämä tekniikka on mahdollistanut eri kirjoittajien vuonna 1967 saada Darcyn lain , joka on voimassa makroskooppisessa mittakaavassa, keskittämällä Stokesin virtaus mikroskooppisessa mittakaavassa. Tätä ongelmaa käsitellään tässä, mutta käytetty tekniikka ulottuu monille muille aloille, kuten aineen diffuusio , lämmönjohtavuus tai jatkuvan väliaineen mekaniikka .

Se on vaihtoehto asymptoottisella laajennuksella suoritetulle matemaattiselle homogenisoinnille .

Mikroskooppinen / makroskooppinen kuvaus

Huokoisen väliaineen fysikaalisten ilmiöiden kuvaus voidaan suorittaa eri tasoilla:

Edellä esitetyt kaksi yksityiskohdan tasoa eroavat yleensä useilla suuruusluokilla. Esimerkiksi helmiä sisältävän adsorptiokolonnin mikroskooppivirtauksen ominaispituus on luokkaa millimetri, kun taas makroskooppisen asteikon suuruusluokka on kolonnin suuruusluokka eli sanotaan mittari. Oletetaan, että asteikkojen erotuksen hypoteesi on varmistettu:

Lisäksi oletetaan, että osaat määritellä väliaineen edustavan alkeistilavuuden (VER), mikä tekee mahdolliseksi olettaa tämän jaksollisuuden.

Määritelmä tilavuuden keskiarvo

Vaiheessa olevan arvofunktion keskiarvon käsite liittyy ongelmaan, jota haluamme tutkia. On kuitenkin yleistä määritellä se integraaliksi mielivaltaisesti määritellylle tilavuudelle . Tämä tilavuus sisältää kiinteää ainetta (huokoinen rakenne), jonka ympärillä neste virtaa. Jälkimmäinen voi olla yksi- tai monivaiheinen. Määrittelemme tilavuuden keskiarvon seuraavasti:

Määritämme myös vaiheen sisäisen keskiarvon seuraavasti:

Yleensä kun yritetään luoda makroskooppinen malli, joka alkaa huokosten mittakaavassa olevasta ongelmasta, etsitään differentiaaliyhtälöitä, jotka säätelevät sisäisiä keinoja kussakin vaiheessa.

Nämä kaksi keskiarvoa liittyvät suhteeseen

Tapauksessa, jossa vaihe on ainoa vaihe, jossa tilavuuden läpi , voidaan tunnistaa kanssa huokoisuus väliaineen.

Äänenvoimakkuuden keskiarvolause

Tilavuuden keskiarvon ottaminen ei ole helppoa, etenkään johdannaisen keskiarvon suhteen. Itse asiassa gradientin keskiarvo on useimmissa tapauksissa erilainen kuin keskiarvon gradientti. Seuraavat lausekkeet, jotka ovat seurausta Leibnitzin lauseesta, antavat meille mahdollisuuden yhdistää nämä kaksi operaatiota:

- skalaarisen määrän gradientti
- vektorimäärän divergenssi

missä on raja, sisä- , väli- ja muiden vaiheiden välillä , ja on yksikkö normaalivektori tällä rajalla, suuntaan suuntaan .

Integraali ilmaisee makroskooppisessa mittakaavassa vaikutukset kahden vaiheen rajapinnalla (esimerkiksi nesteen ja huokoisen rakenteen välillä). Näiden integraalien kautta lasketaan makroskooppiset ominaisuudet, kuten läpäisevyys.

Esimerkki: Darcyn lain saaminen

Nopeuden V β nesteen β Stokes-virtauksen tasainen läpäisy huokoisessa väliaineessa σ kuvataan seuraavalla järjestelmällä

- vauhdin säilyttäminen
- pakkaamaton suhde
- neste-kiinteä raja-tila

p β on paine ja u p dynaaminen viskositeetti .

Tähän järjestelmään on lisättävä alku- ja rajaehdot.

Puristumattomuussuhde keskiarvo otetaan huomioon rajaehto  

Jos olemme kiinnostuneita sisäisestä keskiarvosta β: lla inhomogeeniselle väliaineelle, joka meillä on

Vauhdin säilymisen keskiarvon laskeminen, mikä on vaikeampaa, johtaa yhtälöön

missä     on tensori, joka ilmaisee nesteen vuorovaikutuksen kiinteän väliaineen kanssa.

Esittely

Harmaa hajoaminen

Makroskooppisesta näkökulmasta minkä tahansa mikroskooppisen muuttuvan kentän voidaan nähdä olevan keskimääräisen kentän ja häiriön (tai tilan vaihtelun) vaikutus    . Grayn hajoaminen (analoginen Reynoldsin hajoamisen kanssa ) on kirjoitettu

Keskimääräinen paine-gradientti

Käyttämällä Grayn hajoamista ja sisäistä keskiarvoa

Kulta

Siksi

Laplacian nopeuden keskiarvo

Soveltamalla menetelmää, jota käytetään paineen ja unohtamatta gradientti pienen mittakaavan     se tulee

Ja ottaen huomioon neste-kiinteät aineet rajoittava tila

Vauhdin säilymisen keskiarvo

Tämä on kirjoitettu

Joko lisäämällä keskimääräiset lausekkeet yllä

Oletetaan silloin huokoisuuden "hidas" tilavaihtelu

Vauhdin säilyttämistä yksinkertaistetaan

Yhtälön viimeinen termi on Brinkman-korjaus .

Tämä tensori voidaan ilmaista jaksollisen väliaineen tapauksessa

missä     on läpäisevyyssensori .

Esittely

Lisäämällä p: n ja V : n hajotukset liikemäärän säilyttämiseen saamme

Pakkaamattomuus on kirjoitettu

Ja rajaehto

Lisäksi oletetaan, että nopeuden vaihtelu on nollakeskiarvo

Koon l i jaksollisuus on kirjoitettu

Annamme toisillemme seuraavat ansatz

Voimme sitten kirjoittaa vauhdin säilyttämisen muodossa

Voimme kirjoittaa tämän yhtälön uudestaan ​​muodossa, jota kutsutaan Darcy-Brinkman-yhtälöksi

kanssa

Tämä termi voidaan siten jättää huomiotta: päädymme siten Darcyn lain kanssa anisotrooppiseen jaksolliseen väliaineeseen.

Viitteet

  1. CM Marle, "  Yksivaiheiset virtaukset huokoisessa väliaineessa  ", Revue de l ' Institut français du petroleum , voi.  22, n °  10,1967, s.  1471 - 1509
  2. (vuonna) TB Anderson ja R. Jackson, "  Fluid Mechanical Description of Fluidised Beds  " , Industrial & Engineering Chemistry Fundamentals , voi.  6,1967, s.  527 - 538
  3. (in) JC Slattery, "  Viskoelastisten nesteiden virtaus huokoisen väliaineen läpi  " , AIChE Journal , Voi.  13,1967, s.  1066-1071
  4. (in) S. Whitaker, "  levitys ja hajonta Porous Media  " , AIChE Journal , Vol.  13,1967, s.  420-427
  5. (en) Stephen Whitaker, The Method of Volume Averaging , Kluwer Academic Publishers ,2010, 471  Sivumäärä ( ISBN  978-3-642-05194-4 , lue verkossa )
  6. (in) WG Grey, "  Johdanto yhtälöistä monivaiheiselle kuljetukselle  " , Chemical Engineering Science , Voi.  30,1975, s.  229 - 233
  7. (in) HC Brinkman, "  Virtaavan nesteen aiheuttaman viskoosivoiman laskeminen oli tiheä partikkelikoko  " , Applied Scientific Research , Voi.  A1,1949, s.  1-27
<img src="https://fr.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1x1" alt="" title="" width="1" height="1" style="border: none; position: absolute;">