vestifmИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-математических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physics and Mathematics Series1561-24302524-2415The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-2430-2021-57-1-77-84vestifm-569Research ArticleФИЗИКАPHYSICSТеплоперенос в газах, находящихся в ньютоновском гравитационном полеНeat transfer processes in the gas placed into a newtonian gravitation fieldСаверченкоВ. И.SaverchenkoV. I.

Саверченко Виктор Иванович – кандидат физико- математических наук, научный сотрудник

ул. П. Бровки, 15, 220072, г. Минск

Victor I. Saverchenko – Ph. D. (Physics and Mathematics), Researcher

15, P. Brovka Str., 220072, Minsk

wellura@gmail.comИнститут тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова Национальной академии наук БеларусиA. V. Luikov Heat and Mass Transfer Institute of the National Academy of Sciences of Belarus2021010420215717784Copyright © Саверченко В.И., 20212021Саверченко В.И.Saverchenko V.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestifm.belnauka.by/jour/article/view/569

Данная работа посвящена изучению механизмов теплопереноса в газах, помещенных в ньютоновское гравитационное поле. Исследования проводились при помощи теоретического анализа, а также численного моделирования теплового движения молекул газа в условиях гравитации свыше 100 000 g. Представлены основные отличия теплопроводности газа в гравитационном поле от теплопроводности газа при отсутствии гравитации. Показано, как тепловое равновесие, обеспечиваемое теплопроводностью газа, зависит от гравитации и разновидности газа. Исследования проводились не только для естественной, но и для искусственной гравитации, создаваемой центрифугой. Выявлено, как тепловое равновесие, обеспечиваемое теплопроводностью газа, зависит от плотности газа в центрифуге. Описаны паразитные эффекты, в том числе теплообмен излучением. Объяснены отличия конвективного теплопереноса при достаточно высокой гравитации от конвективного теплопереноса в условиях земной гравитации. Рассчитаны параметры теплового равновесия, которое обеспечивается конвекцией в газе, находящемся в гравитационном поле. Объяснен механизм горизонтальной конвекции. Предложен способ технической реализации тепловых эффектов, возникающих в газе при гравитации свыше 100 000 g. Даны необходимые технические параметры экспериментального стенда. Детально описана его конструкция.

In this paper, using the theoretical and numerical investigation of molecular motion, we study heat transfer processes in the gas placed in a Newtonian gravitational field. The influence of gravity on the heat conductivity of the gas is analyzed. The gravity considered is more than 100 000 times higher than that of the Earth. The main differences of the gas heat conductivity under such high gravity from the one detected under normal gravity are demonstrated and explained. It is shown how the thermal equilibrium for the heat conductivity of the gas depends on gravity and the type of gas. The difference between natural gravity and the centrifugal force is discussed. It is shown how the gas density influences the thermal equilibrium for the heat conductivity under a strong centrifugal force. The convective heat transfer in the gas placed into a gravitational or centrifugal field is analyzed. It is shown that the thermal equilibrium of the convective heat transfer under intensive gravity is not the same as under normal gravity. The horizontal convection mechanism is discussed. A technical way of the realization of gravity thermal effects in the gas is represented. All necessary parameters of the experimental setup are given.

теплоперенос в газетепловое движение молекултепловое равновесиецентробежная силаheat transfermolecular motionthermal equlibriumcentrifugal gravityReferencesOlander D. R. Technical Basis of the Gas Centrifuge. Advances in Nuclear Science and Technology, 1972, vol. 6, pp. 105–174. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-029306-3.50011-0Olander D. R. Technical Basis of the Gas Centrifuge. Advances in Nuclear Science and Technology, 1972, vol. 6, pp. 105–174. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-029306-3.50011-0Jensen R. J., Marinuzzi J. G., Robinson C. P., Rockwood S. D. Prospects for uranium enrichment. Laser Focus, 1976, vol. 12, pp. 59–63.Jensen R. J., Marinuzzi J. G., Robinson C. P., Rockwood S. D. Prospects for uranium enrichment. Laser Focus, 1976, vol. 12, pp. 59–63.Wehrl A. General properties of entropy. Review Modern Physics, 1978, vol. 50, no. 2, pp. 221–260. https://doi. org/10.1103/revmodphys.50.221Wehrl A. General properties of entropy. Review Modern Physics, 1978, vol. 50, no. 2, pp. 221–260. https://doi. org/10.1103/revmodphys.50.221Lugaro M., Herwig F., Lattanzio J. C., Gallino R., Straniero O. s-Process Nucleosynthesis in Asymptotic Giant Branch Stars: A Test for Stellar Evolution. The Astrophysical Journal, 2003, vol. 586, no. 2, pp. 1305–1319. https://doi. org/10.1086/367887Lugaro M., Herwig F., Lattanzio J. C., Gallino R., Straniero O. s-Process Nucleosynthesis in Asymptotic Giant Branch Stars: A Test for Stellar Evolution. The Astrophysical Journal, 2003, vol. 586, no. 2, pp. 1305–1319. https://doi. org/10.1086/367887Frautschi S. Entropy in an Expanding Universe. Science, 1982, vol. 217, no. 4560, pp. 593–599. https://doi.org/10.1126/ science.217.4560.593Frautschi S. Entropy in an Expanding Universe. Science, 1982, vol. 217, no. 4560, pp. 593–599. https://doi.org/10.1126/ science.217.4560.593Wendl M. C. Theoretical Foundation of Conduction and Convection Heat Transfer. Saint Louis, USA, 2012. 226 p. https://doi.org/ 10.13140/RG.2.1.1875.3120Wendl M. C. Theoretical Foundation of Conduction and Convection Heat Transfer. Saint Louis, USA, 2012. 226 p. https://doi.org/ 10.13140/RG.2.1.1875.3120Korobeinikov V. P., Chushkin P. I., Shurshalov L. V. Mathematical model and computation of the tunguska meteorite explosion. Acta Astronautica, 1976, vol. 3, no. 7–8, pp. 615–622. https://doi.org/10.1016/0094-5765(76)90165-XKorobeinikov V. P., Chushkin P. I., Shurshalov L. V. Mathematical model and computation of the tunguska meteorite explosion. Acta Astronautica, 1976, vol. 3, no. 7–8, pp. 615–622. https://doi.org/10.1016/0094-5765(76)90165-XShakouri A. Metal-Semiconductor Nanocomposites for Direct Thermal to Electric Energy Conversion. Energy Nanotechnology International Conference, 2007, pp. 13–14. https://doi.org/10.1115/ENIC2007-45062Shakouri A. Metal-Semiconductor Nanocomposites for Direct Thermal to Electric Energy Conversion. Energy Nanotechnology International Conference, 2007, pp. 13–14. https://doi.org/10.1115/ENIC2007-45062Lutz E. A single atom heat engine. Physics Today, 2020, vol. 73, no. 5, pp. 66–67. https://doi.org/10.1063/PT.3.4482Lutz E. A single atom heat engine. Physics Today, 2020, vol. 73, no. 5, pp. 66–67. https://doi.org/10.1063/PT.3.4482Balaji C. Essentials of Radiation Heat Transfer. Springer International Publishing, 2021. 212 p. https://doi.org/ 10.1007/978-3-030-62617-4Balaji C. Essentials of Radiation Heat Transfer. Springer International Publishing, 2021. 212 p. https://doi.org/ 10.1007/978-3-030-62617-4Haichang L., Jihai J. Flywheel energy storage – An upswing technology for energy sustainability. Energy and Buildings, 2007, vol. 39, no. 5, pp. 599–604. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2006.10.001Haichang L., Jihai J. Flywheel energy storage – An upswing technology for energy sustainability. Energy and Buildings, 2007, vol. 39, no. 5, pp. 599–604. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2006.10.001Wesson J. Tokamaks. Oxford University Press, 2011. 149 p.Wesson J. Tokamaks. Oxford University Press, 2011. 149 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.