The fluid dynamics of rarefied molecular flow over convex bodies: A new theory and applications

Summary This paper proposes a kinetic theory to study some important features of the aerodynamics of convex bodies in molecular flow. In particular, the proposed theory can describe both the mechanics of the scattering kinetics and of the adsorption-desorption kinetics in the interaction between the free-molecule stream and the surface of the body. The obtained result ought to be considered a more rigorous physicalmmathematical model than the one proposed by preposed by previous known theories, which, also because of the physical and mathematical difficulty of the problem, can describe only one, separately, of the two aspects of the problem (the scattering or the adsorption-desorption processes). Moreover the previous theories require the aid of disposable parameters, unknowna priori. On the other hand, in this work, the final result consists in a, unequivocally determined, scattering kernel which correlates the distribution function of the particles re-emitted by the surface to the distribution function of the arriving particles, for a gas monochromatic stream interacting with an aluminium surface at satellite speed. This result is then applied to calculate the aerodynamic forces and the heat flux acting over convex bodies of arbitrary geometry.

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Riassunto In questo Lavoro si propone una teoria cinetica per lo studio dei fenomeni aerodinamici per corpi convessi in flusso molecolare. La teoria proposta descrive sia la meccanica dello scattering fra molecole e corpo rigido, sia la meccanica di adsorbimento desorbimento cinetico. In tal senso constituisce un modello fisico-matematico più preciso di quelli proposti da teorie precedenti che limitavano l'analisi ad uno solo, e separatamente, dei due fenomeni prima descritti. In termini matematici, il risultato della ricerca consiste nell'aver definito uno nucleo di scattering che correla (per correnti ipertermiche interagenti con superfici di alluminio) la distribuzione di molecole prima dell'urto con la parete con la distribuzione dopo l'urto. Tale risultato è stato quindi applicato per la determinazione delle forze aerodinamiche e del flusso di calore su corpi convessi di geometria arbitraria investiti da un flusso molecolare monoenergetico.