本文關(guān)鍵詞：基于統(tǒng)計(jì)物理和化學(xué)平衡的爆轟產(chǎn)物物態(tài)方程，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：爆轟產(chǎn)物物態(tài)方程對(duì)描述炸藥的爆轟性質(zhì)至關(guān)重要,它是爆轟過(guò)程數(shù)值模擬的核心參數(shù),也是炸藥作功能力的主要表征。工程經(jīng)驗(yàn)物態(tài)方程由于模型簡(jiǎn)單、使用范圍窄、外推能力差等因素?zé)o法精確描述爆轟產(chǎn)物所經(jīng)歷的復(fù)雜物理過(guò)程。要較好地描述這一過(guò)程,需發(fā)展建立在產(chǎn)物組分基礎(chǔ)上的物態(tài)方程理論。美國(guó)計(jì)算爆轟產(chǎn)物物態(tài)方程的重要程序CHEQ就是建立在產(chǎn)物組分基礎(chǔ)上的,但由于涉密,程序并沒(méi)有公開。本論文借鑒了美國(guó)公開發(fā)表的CHEQ資料,完善了爆轟產(chǎn)物物態(tài)方程模型：(1)對(duì)爆轟產(chǎn)物混合系統(tǒng)采用Gibbs自由能最小原理,通過(guò)化學(xué)平衡方程組求解爆轟產(chǎn)物系統(tǒng)的平衡組分。相比于CHEQ程序中采用的線性方法,本論文采用的最速下降法求解方程組更穩(wěn)定,可以解任意產(chǎn)物的平衡方程。(2)采用范德瓦爾斯等效單組分流體模型和硬球微擾理論軟球修正模型,計(jì)算爆轟氣相產(chǎn)物的物態(tài)方程。相比于CHEQ程序,本論文重新標(biāo)定了各分子產(chǎn)物的勢(shì)函數(shù)參數(shù)；增加了原子產(chǎn)物,并提出一種確定原子產(chǎn)物勢(shì)函數(shù)參數(shù)的方法；修正了不同種分子之間的相互作用。(3)用石墨相、金剛石相、類石墨液相、類金剛石液相及團(tuán)簇相描述凝聚成分,由Gibbs自由能最小確定不同狀態(tài)下的凝聚產(chǎn)物相態(tài)。相比于CHEQ程序中采用3相態(tài)(石墨相、金剛石相、液碳相)物態(tài)方程,本論文更真實(shí)地反映了爆轟后碳的形態(tài)和性質(zhì)。根據(jù)所建立的物理模型,我們自主研制了計(jì)算爆轟產(chǎn)物物態(tài)方程的程序-類CHEQ。本論文研究了爆轟產(chǎn)物的主要物理機(jī)制：(1)研究了分子產(chǎn)物在高溫高壓下的離解過(guò)程,給出了一種由分子流體的沖擊雨貢紐實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),確定原分子之間和離解產(chǎn)物分子和原子相互間作用勢(shì)參數(shù)的方法。和傳統(tǒng)的由對(duì)應(yīng)狀態(tài)定律確定勢(shì)函數(shù)參數(shù)的方法相比,所得到的勢(shì)函數(shù)參數(shù)在很寬的壓強(qiáng)范圍內(nèi)都能較好地描述沖擊實(shí)驗(yàn)。(2)研究了不同種分子產(chǎn)物之間超臨界流體相的分離現(xiàn)象,給出了一種由特殊炸藥的爆轟參數(shù)確定不同種分子間勢(shì)函數(shù)參數(shù)的方法,給出了炸藥主要爆轟產(chǎn)物HZO,CO2和N2之間的非理想混合修正系數(shù)：kN2-H2O=1.03,kN-CO2=1.035, kH2O-CO2=0.96.(3)研究了碳的非平衡效應(yīng),分析了爆轟產(chǎn)物中碳可能存在的形態(tài),根據(jù)碳的平衡態(tài)(石墨相、金剛石相、類石墨液相、類金剛石液相)物態(tài)方程和特殊炸藥的爆轟參數(shù),給出了團(tuán)簇碳的物態(tài)方程。本論文研究了多種炸藥的爆轟產(chǎn)物物態(tài)方程：(1)計(jì)算了PETN炸藥不同初始密度下的爆速和爆壓,發(fā)現(xiàn)在較寬的密度、溫度范圍內(nèi)計(jì)算出的爆速、爆壓都與實(shí)驗(yàn)值符合較好；計(jì)算了CJ點(diǎn)的平衡組分,并和BKW. LJD物態(tài)方程的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較分析；計(jì)算了其等熵線,發(fā)現(xiàn)類CHEQ計(jì)算的等熵線在PV圖上所圍成的面積與由實(shí)驗(yàn)確定的JWL物態(tài)方程的接近,即表明作功能力與JWL物態(tài)方程相當(dāng),但在后期膨脹過(guò)程中,類CHEQ的等熵線比JWL的要光滑得多,類CHEQ計(jì)算的等熵γ從CJ點(diǎn)開始單調(diào)遞減,最后接近理想氣體的γ值,沒(méi)有JWL狀態(tài)方程計(jì)算的“雙峰”現(xiàn)象,經(jīng)分析認(rèn)為,J、WL狀態(tài)方程中“雙峰”現(xiàn)象,是由于自身的函數(shù)形式所導(dǎo)致的,并不對(duì)應(yīng)實(shí)際的物理過(guò)程,本論文的計(jì)算結(jié)果更加合理。(2)研究了不同初始密度下RDX炸藥爆轟產(chǎn)物的性質(zhì),發(fā)現(xiàn)炸藥初始密度小于1.20g/cm3時(shí),炸藥爆轟后只有氣相產(chǎn)物生成,隨著炸藥初始密度進(jìn)一步增大,爆轟后有固相碳析出；炸藥初始密度小于1.60 g/cm3時(shí),各氣相產(chǎn)物按均勻混合處理,計(jì)算的爆速、爆壓和實(shí)驗(yàn)值符合較好,隨著炸藥初始密度進(jìn)一步增大,計(jì)算的爆速、爆壓與實(shí)驗(yàn)值出現(xiàn)較大的偏差,經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)此處出現(xiàn)了超臨界流體相分離現(xiàn)象,在物態(tài)方程模型中考慮了這種效應(yīng)后,得到較好的結(jié)果。(3)計(jì)算了PBX9502炸藥CJ點(diǎn)的爆轟參數(shù),計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值符合較好；計(jì)算的等溫線與Sesame庫(kù)的計(jì)算結(jié)果比較接近,并在5802K等溫線上發(fā)現(xiàn)了一個(gè)拐點(diǎn),經(jīng)分析認(rèn)為,此處游離態(tài)的碳發(fā)生了相變,由類金剛石液碳轉(zhuǎn)化為固態(tài)金剛石,從而引起熱力學(xué)量及產(chǎn)物組分的突變。(4)計(jì)算了多種炸藥CJ點(diǎn)的爆轟參數(shù),并和實(shí)驗(yàn)值、美國(guó)CHEQ程序的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較分析。
【關(guān)鍵詞】：爆轟產(chǎn)物 物態(tài)方程 分子離解 流體相分離 碳的相態(tài)
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)工程物理研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O381
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 爆轟產(chǎn)物物態(tài)方程的研究意義11-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3 本文的主要內(nèi)容15-17
• 參考文獻(xiàn)17-19
• 第二章 爆轟產(chǎn)物物態(tài)方程理論方法簡(jiǎn)介19-31
• 2.1 等γ物態(tài)方程19-20
• 2.2 JWL物態(tài)方程20-23
• 2.3 BKW物態(tài)方程23-25
• 2.4 LJD物態(tài)方程25-26
• 2.5 JCZ物態(tài)方程26-28
• 2.6 WCA物態(tài)方程28-30
• 參考文獻(xiàn)30-31
• 第三章 類CHEQ程序的物理模型和程序簡(jiǎn)介31-57
• 3.1 化學(xué)平衡方程組31-33
• 3.2 氣相產(chǎn)物物態(tài)方程的總體模型33-46
• 3.3 同種氣體分子產(chǎn)物之間勢(shì)參數(shù)的更新及原子產(chǎn)物勢(shì)參數(shù)的確定46-50
• 3.4 不同種分子之間勢(shì)參數(shù)的更新50-52
• 3.5 固相產(chǎn)物的物態(tài)方程52-53
• 3.6 程序簡(jiǎn)介53
• 3.7 本章小結(jié)53-56
• 參考文獻(xiàn)56-57
• 第四章 爆轟產(chǎn)物物態(tài)方程主要物理機(jī)制研究57-70
• 4.1 氣體分子產(chǎn)物的離解57-62
• 4.2 超臨界流體相的分離62-67
• 4.3 碳的非平衡效應(yīng)67-68
• 4.4 本章小結(jié)68-69
• 參考文獻(xiàn)69-70
• 第五章 多種炸藥爆轟產(chǎn)物物態(tài)方程研究70-84
• 5.1 PETN炸藥爆轟產(chǎn)物物態(tài)方程70-76
• 5.2 RDX炸藥爆轟產(chǎn)物物態(tài)方程76-78
• 5.3 PBX9502炸藥爆轟產(chǎn)物物態(tài)方程78-81
• 5.4 多種炸藥爆轟CJ參數(shù)的計(jì)算81
• 5.5 本章小結(jié)81-83
• 參考文獻(xiàn)83-84
• 第六章 總結(jié)84-87
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表論文目錄87-88
• 攻讀博士學(xué)位期間主持的基金和獲得的獎(jiǎng)勵(lì)88-89
• 致謝89

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本文編號(hào)：484615