Experimental study of clusters in dense granular gas and implications for the particle stopping time in protoplanetary disks
Experimental study of clusters in dense granular gas and implications for the particle stopping time in protoplanetary disks
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致密颗粒气体中团簇的实验研究及其对原行星盘中粒子停止时间的影响
DOI：
10.1016/j.icarus.2021.114307
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发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
G. Wurm
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
N. Schneider;G. Musiolik;J. E. Kollmer;T. Steinpilz;M. Kruss;F. Jungmann;T. Demirci;J. Teiser;G. Wurm
在原行星盘中，密集粒子结构的区域促进了行星的形成。稠密云中的固体粒子通过集体效应和对气体的反作用改变了它们的运动。研究了环境固气比为1的粒子-气体反馈对粒子停止时间的影响。在国际空间站上的实验中，我们研究了致密颗粒气体与空气相互作用时的演变过程。我们观察到在实验开始时释放的簇的扩散，也观察到新的动态簇的形成。星团外的固气质量比约为ε avg~ 2.5 ~ 60。我们发现，粘性介质中气体阻力的概念仍然成立，即使该介质在质量上被固体强烈地占主导地位。然而，必须使用一个集体因子，这取决于λ avg，即在最高质量比下阻力减少了18个因子。因此，原行星盘中的颗粒群移动和碰撞的速度可能比它们的成分所暗示的要快。
In protoplanetary disks, zones of dense particle configuration promote planet formation. Solid particles in dense clouds alter their motion through collective effects and back reaction to the gas. The effect of particle-gas feedback with an ambient solid-to-gas ratios ϵ> 1 on the stopping time of particles is investigated. In experiments on board the International Space Station we studied the evolution of a dense granular gas while interacting with air. We observed diffusion of clusters released at the onset of an experiment but also the formation of new dynamical clusters. The solid-to-gas mass ratio outside the cluster varied in the range of about ϵ avg~ 2.5–60. We find that the concept of gas drag in a viscous medium still holds, even if the medium is strongly dominated in mass by solids. However, a collective factor has to be used, depending on ϵ avg, ie the drag force is reduced by a factor 18 at the highest mass ratios. Therefore, flocks of grains in protoplanetary disks move faster and collide faster than their constituents might suggest.
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