【摘 要】
:
爆轰产物物态方程对描述炸药的爆轰性质至关重要,它是爆轰过程数值模拟的核心参数,也是炸药作功能力的主要表征。工程经验物态方程由于模型简单、使用范围窄、外推能力差等因素无法精确描述爆轰产物所经历的复杂物理过程。要较好地描述这一过程,需发展建立在产物组分基础上的物态方程理论。美国计算爆轰产物物态方程的重要程序CHEQ就是建立在产物组分基础上的,但由于涉密,程序并没有公开。本论文借鉴了美国公开发表的CHE
论文部分内容阅读
爆轰产物物态方程对描述炸药的爆轰性质至关重要,它是爆轰过程数值模拟的核心参数,也是炸药作功能力的主要表征。工程经验物态方程由于模型简单、使用范围窄、外推能力差等因素无法精确描述爆轰产物所经历的复杂物理过程。要较好地描述这一过程,需发展建立在产物组分基础上的物态方程理论。美国计算爆轰产物物态方程的重要程序CHEQ就是建立在产物组分基础上的,但由于涉密,程序并没有公开。本论文借鉴了美国公开发表的CHEQ资料,完善了爆轰产物物态方程模型:(1)对爆轰产物混合系统采用Gibbs自由能最小原理,通过化学平衡方程组求解爆轰产物系统的平衡组分。相比于CHEQ程序中采用的线性方法,本论文采用的最速下降法求解方程组更稳定,可以解任意产物的平衡方程。(2)采用范德瓦尔斯等效单组分流体模型和硬球微扰理论软球修正模型,计算爆轰气相产物的物态方程。相比于CHEQ程序,本论文重新标定了各分子产物的势函数参数;增加了原子产物,并提出一种确定原子产物势函数参数的方法;修正了不同种分子之间的相互作用。(3)用石墨相、金刚石相、类石墨液相、类金刚石液相及团簇相描述凝聚成分,由Gibbs自由能最小确定不同状态下的凝聚产物相态。相比于CHEQ程序中采用3相态(石墨相、金刚石相、液碳相)物态方程,本论文更真实地反映了爆轰后碳的形态和性质。根据所建立的物理模型,我们自主研制了计算爆轰产物物态方程的程序-类CHEQ。本论文研究了爆轰产物的主要物理机制:(1)研究了分子产物在高温高压下的离解过程,给出了一种由分子流体的冲击雨贡纽实验数据,确定原分子之间和离解产物分子和原子相互间作用势参数的方法。和传统的由对应状态定律确定势函数参数的方法相比,所得到的势函数参数在很宽的压强范围内都能较好地描述冲击实验。(2)研究了不同种分子产物之间超临界流体相的分离现象,给出了一种由特殊炸药的爆轰参数确定不同种分子间势函数参数的方法,给出了炸药主要爆轰产物HZO,CO2和N2之间的非理想混合修正系数:kN2-H2O=1.03,kN-CO2=1.035, kH2O-CO2=0.96.(3)研究了碳的非平衡效应,分析了爆轰产物中碳可能存在的形态,根据碳的平衡态(石墨相、金刚石相、类石墨液相、类金刚石液相)物态方程和特殊炸药的爆轰参数,给出了团簇碳的物态方程。本论文研究了多种炸药的爆轰产物物态方程:(1)计算了PETN炸药不同初始密度下的爆速和爆压,发现在较宽的密度、温度范围内计算出的爆速、爆压都与实验值符合较好;计算了CJ点的平衡组分,并和BKW. LJD物态方程的计算结果进行了比较分析;计算了其等熵线,发现类CHEQ计算的等熵线在PV图上所围成的面积与由实验确定的JWL物态方程的接近,即表明作功能力与JWL物态方程相当,但在后期膨胀过程中,类CHEQ的等熵线比JWL的要光滑得多,类CHEQ计算的等熵γ从CJ点开始单调递减,最后接近理想气体的γ值,没有JWL状态方程计算的“双峰”现象,经分析认为,J、WL状态方程中“双峰”现象,是由于自身的函数形式所导致的,并不对应实际的物理过程,本论文的计算结果更加合理。(2)研究了不同初始密度下RDX炸药爆轰产物的性质,发现炸药初始密度小于1.20g/cm3时,炸药爆轰后只有气相产物生成,随着炸药初始密度进一步增大,爆轰后有固相碳析出;炸药初始密度小于1.60 g/cm3时,各气相产物按均匀混合处理,计算的爆速、爆压和实验值符合较好,随着炸药初始密度进一步增大,计算的爆速、爆压与实验值出现较大的偏差,经分析发现此处出现了超临界流体相分离现象,在物态方程模型中考虑了这种效应后,得到较好的结果。(3)计算了PBX9502炸药CJ点的爆轰参数,计算结果与实验值符合较好;计算的等温线与Sesame库的计算结果比较接近,并在5802K等温线上发现了一个拐点,经分析认为,此处游离态的碳发生了相变,由类金刚石液碳转化为固态金刚石,从而引起热力学量及产物组分的突变。(4)计算了多种炸药CJ点的爆轰参数,并和实验值、美国CHEQ程序的计算结果进行了比较分析。
其他文献
界面不稳定性是自然科学和工程技术领域的重要研究内容,是天体物理、地球物理、ICF等众多学科共同关心的问题之一。以往的研究大多是针对流体界面不稳定性发展规律的,随着工程问题的逐步明确,工程应用的界面不稳定性发展大多会涉及到强度介质界面,强度介质界面不稳定性发展越来越成为应用中的主要问题之一。因此,深入探讨强度介质在复杂持续加载以及强冲击作用下诱发的界面不稳定性问题,对于自然科学研究以及重大工程项目的
非线性Schr(?)dinger方程是非线性光学,等离子体物理以及量子场论等物理学不同领域的重要数学模型.它有着丰富的应用,尤其在用来描述电磁波在一定场强下通过介质的折射,等离子体中电磁场的传播以及Bose-Einstein凝聚等.本论文主要研究Bose-Einstein凝聚非线性Schr(?)dinger方程组和带导数项非线性Schr(?)dinger方程组在周期边值问题和Cauchy问题解的适
本论文致力于利用Littlewood-Paley理论,集中紧致方法,变分刻画等现代调和分析工具来研究带有非局部非线性项的两类色散方程的动力学行为,主要包括解的适定性,散射和爆破理论。其中散射理论的研究源于Segal[84]中的一个猜想。很久以来,非线性色散方程的散射理论一直是现代偏微分方程研究领域中备受关注并被广泛研究的问题,可参见Cazenave[11]和Tao[87]的专著等。从物理的角度来看
铀作为一种重要的能源材料已有了广泛应用,但由于其具有高化学活性,暴露在环境中容易发生腐蚀而使性能下降,应用范围受到极大限制。为此,常采用钼、铌、钛和锆等合金化元素来提高铀的耐蚀性和力学性能。其中铀钛合金相对于其它铀合金,只添加少量合金成分即能有效提高金属铀的抗腐蚀性能和力学性能而备受关注。但在一些特定环境中,特别是含氯离子的环境中,铀钛合金仍会遭受严重的腐蚀,而氯离子对铀钛合金的腐蚀作用机理仍未获
输运问题在惯性约束聚变和武器物理等领域中有着广泛而重要的应用,它具有多变量、多尺度、多物理等特征,其数值模拟难度居现代科学计算领域的前列。实际应用中输运方程的求解存在如下的问题:1)数值解出现非物理振荡、出负等现象;2)大变形网格下的计算精度较低,有时甚至计算失败;3)数值计算代价昂贵。本文主要针对上述问题,为提高输运方法的健壮性开展相关的离散格式和自适应算法研究,并为了提高求解效率开展多物理耦合
流体力学不稳定性研究是高能量密度物理研究的热门课题,它与许多重要的科学问题密切相关,不仅在惯性约束聚变研究中有重要应用价值,还可用于天体物理中流体力学不稳定性现象的研究。与收缩几何条件下的实验研究相比,平面实验便于研究单一因素对界面不稳定性增长的影响,加深对不稳定性增长机制的理解。因此,我们开展了一系列平面流体力学不稳定性增长的实验研究。本论文工作主要研究了实验数据处理方法、不同因素影响下的烧蚀R
自从十七世纪末分数阶导数被提出之后,长时间内分数阶微积分的发展相对平缓.上世纪九十年代起,反常扩散,非牛顿流体力学,粘弹性力学,多孔介质力学,软物质物理力学的理论和应用研究领域中出现了许多分数阶模型,其理论和数值模拟研究逐渐成为热点.近几年,关于分数阶微分方程的研究更加活跃.各种分数阶微分方程被应用到不同行业的实际问题中.由于大多分数阶偏微分方程的显式解析解无法直接得到,对方程进行数值模拟成为重要
金属材料经历强冲击后将发生碎裂,产生的颗粒物质与背景气体发生混合流动现象,简称喷射混合。开展喷射混合研究,对于深入理解高温高压条件下的气粒两相流动、认识混合对压缩过程的影响,以及优化和改进内爆工程设计等具有重要意义。喷射混合的理论建模与数值模拟,是当前内爆压缩科学领域亟需解决的难点和热点问题,涉及多相流体力学、传热传质学、计算数学等多学科交叉研究。本文在系统调研分析国内外喷射混合研究的基础上,针对
本文主要针对二维区域上间断扩散系数界面问题,研究了在非贴体三角形网格上基于Crouzeix-Raviart元部分惩罚浸入有限元(PIFE)方法和贴体三角形网格上局部间断Galerkin (LDG)方法.同时,为了保持间断Galerkin(DG)方法可分单元计算的优势,减轻显式时间离散对时间步长的严格限制(Δt=O(h(h2min)),我们研究了隐式积分因子(IIF)方法,显著提高了计算效率.本文内
物质的相图和状态方程是凝聚态物理研究的基础内容。构建全区多相状态方程模型的常用方法是有效连接不同“特定区域”的物理模型并与实验数据进行比较验证。这些“特定区域”通常由相图中的相界、三相点或者特定物理条件确定。因此,材料相变对于全区多相状态方程建模非常重要。在过渡金属高压相图研究中,由动、静高压实验和理论计算得到的熔化数据存在巨大差异,其熔化机理仍然是一个未能彻底解决的难题。颇具争议的可能原因之一是