Введение к работе
Актуальность темы.'Уравнение состояния является фундаментальной характеристикоП вещества, определяющей его свойства в широком диапазоне плотностей и давлений. Проблема термодинамического описания высокоэнергетических состояний среды занимает одно из центральн! !Х мест в совреиенной физике высоких плотностей энергии.
Развитие мощных источников импульсного воздействия (лазерное, рентгеновское или электромагнитное излучение, электронные и ионные пучки, нейзронные потоки, высокоскоростной удар и т. п.) сделало объектом лабораторных исследований состояния вещества в обширной области фазовой диаграммы, характеризующейся экстремально высокими значениями давлений и температур. При этом характерно чрезвычайное разнообразие возникающих физических состоян1й — от сжатых и сильно разогретых в области конденсированной фазы до разреженных в квазигазовон фазе. Проведение гидродинамических расчетов при численном моделировании подобных процессов требует знания термодинамических свойств среды в широкой области фазовой плоскости. Причем уравнение состояния замыкающее систему уравнений движения среды, в существенной степени определяет точность и надежность результатов вычислений. Следует также отметить что получаемая в условиях интенсивного энсоговклллэ опытная инйюочация имеет ка к гш&вило сюжный ните-
Г"03ЛЬНЬІЙ X3D3KTCD и иНТСТїПРСТЗІІИЯ Пй"ЗУЛН7*ЯТОВ ЗІССПСТ^НМСНТЇіЛЬгП 'X и*1 МРҐЇСНИЙ в
большинстве случаев невозможна без привлечения методов численного моделирова-ния
Основная трудность проведения последовательного теоретического расчета уравнений состояния и условиях, характерных дая иипульсных аысокоэнергстических процессов, заключается в необходимости корреетного учета сложного по структуре межчастичного взаимодействия. Современные теоретические модели, использующие выделение одного или нескольких малых параметров, позволяют проводить вычисление термодинамических характеристик веществ?, лишь на отдельных и не перекрывающихся участках фазовой плоскости, причем для химических соединений такая возможность резко сужается.
Альтернативный подход при построении уравнений состояния в широком диапазоне параметров заключается в конструировании полуэмпирических модел % в которых общий вид функциональных зависимостей термодинамического потенциала устанавливается с привлечением теоретических представлений, а данные эксперимен-
тальных измерений при высоких плотностях энергии используются для определения численных значений свободных коэффициентов в этих зависимостях. Подобный метод дает возможность, максимально используя имеющуюся опытную информацию, полунить уравнение состояния В компактной форме, удобной для проведения численных расчетов.
Мало изученным объектом явллются органические соединения, представляющие собой важный класс веществ, которые обладают уникальными физическими свойствами и находят широкое применение в элементах конструкций, несущих интенсивные тепловые и силовые нагрузки. Имеющаяся в настоящее время экспериментальная информация о поведении таких сред при высоких плотностях энергии весьма ограничена, а для описания их термодинамики в основном используются простейшие уравнения состояния, которые применимы лишь в области сжатия конденсированной фазы вещества и не обеспечивают далее качественно правильных результатов расчета гидродинамических течений в сгадии разпета. Разработка полуэмпирическон модели широкодиалазонных уравнений состояния, позволяющей проводить вычисления термодинамических характеристик таких сложных по химическому составу и физическим свойствам веществ как органические соединения в конденсноованной и квазигазовой фазах определяет актуальность настоящей работы.
Цель работы: разработка калорической модели широкодиапазонных ураынений состояния и проведение на ее основе расчетов термодинамических характеристик оргаиических соединений в условиях интенсивных динамических воздействий. '
Научная повнзна работы заключается в следующем:
-
Разработана калорическая модель широкодиапазоиных уравнений состояния вещества, позволяющая эффективно описать термодинамические свойства орга-нических соединений в конденсированной и квазигазовой фазах.
-
На основе разработанной модели для ста трех органических соединений проведены расчеты термодинамических характеристик в условиях ударно-волнового иа1ружения и изоэнтропичсской разгрузки. Получено соответствие результатов вы-' числений с совокупностью экспериментальных данных при высоких плотностях энергии.
-
Выполнены расчеты параметров состояний в волнах изоэктропического раснижения продуктов физико-химического превращения ударно-сжатых образцов фе-шшоиа и полистирола. Показано, что продукты превращения не испытывают заметных скачков термодинамических функций или каких-либо гидродинамических аномалнй, которые можно было бы связать с фазовыми изменениями вещества в волне разгрузки. , '-.-"'"-
А. Проведен:! экстр11оляц1я экспериментально исследованных нзоэптроп расширения ударио-сжагых образцов нлсксигласа, тефлюна, фоншюна и иолиетнрола в обласп. Hизких даилений, Выяилено отклонение от известного нраиилн удвоения ско-росшнри расширении ударло:сжлпых веществ в воздух iJ«8-27%.
Арактическая ценность работы определяется широким кругом конкретных задач физики высоких плотностей энергии, связанных с численным моделированием нестационарных гидродинамических процессов, протекающих в условиях интенсивного импульсного энерговклада (высокоскоростной удар, воздействие на вещество рентгеновского излучения, репятивистских электронных и ионных пучков, развитие взрывной электронной эмиссии и т. п.), при решении которых возникает необходимость использования широкодиапазонных уравнений состояния вещества.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на меж
дународных конференциях "Ударное сжатие конденсированного вещества" (Колора
до Спрингс, 1993, и Сиэтл, 1995), "Ударные волны в конденсированном веществе"
(Санкт-Петербург, 1994), "VI Забабахинские научные чтения" (Снежинск, 1995), IX и
X международных конференциях "Воздействие интенсивных готоков энергии на ве
щество" (Черноголовка, 1993, и Приэльбрусье, 1995), IX и X международных конфе
ренциях "Уравнения состояния вещества'' (Приэльбрусье, 1994 и 1996), VI и VII науч
ных школах "Физика импульсных разрядов в конденсированных средах" (Николаев,
1993 и 1995), I научной школе "Импульсные процессы в механике сплошных сред"
(Николаев 1994) научно-координационной сессии "Исследования неидеальной плаз-
мы" (Москва, 1993).
Лубликации. По теме оиссертаиии опубликовано 17 научных работ, гписок которых приведен в конце автореферата.
Структур» дяссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения; содержит 140 страниц, в том числе 3 таблицы, 41 рисунок и список литературы из 1б9наименований.