Цирокодиапазонные уравнения состояния органических соединений привысоких плотностях энергии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ'ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР

УДК 536.2

Р Г 5 ОД

1 3 МАЙ Ш ;

На правах рукописи

ХИЩЕНКО Константин Владимирович

ШИРОКОДИАПАЗОННЫЕ УРАВНЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ ВЫСОКИХ ПЛОТНОСТЯХ

ЭНЕРГИИ

01.04.14 — теплофизика и молекулярная фтика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва, 1996

Работа выполнена а Научно-исследовательском центре теплофизики импульсных воздействий ОИВТ РАН.

Научные руководители:

академик В. Е. Фортов кандидат физико-математических наук И. В. Ломоносов

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук

А. В. (}стрик кандидат физико-математических наук И. Л. Иосилевский

Ведущая организация:

Институт химической физики

им. Н. Н. Семенова РАН

Защита состоится "_"___1996 г. в_часов на заседании

специализированного совета Д-002.53.03 при Объединенном инстшуте высоких температур РАН по адресу: Москва, Ижорская ул. 13/19.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОИВТ РАН.

Отзывы на автореферат просьба присылать по адресу: 127412- Москва, Ижорская ул. 13/19, ОИВТ РАН.

Автореферат разослан "_"_,_1996 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук

© Объединенный институт высоких температур Российской академии наук, 1996

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Представленная диссертация посвящена теоретическому описанию термодинамических свойств органических соединений при высоких плотностях энергии. Разработана калорическая модель широкодиапазонных уравнений состояния и на ее основе для ста трех органических веществ проведены расчеты термодинамических характеристик в условиях интенсивных динамических воздействий.

Актуальность темы.'Уравнение состояния является фундаментальной характеристикой вещества, определяющей его свойства в широком диапазоне плотностей и давлений. Проблема термодинамического описания высокоэнергетических состояний среды занимает одно из центр альт-х мест в современной физике высоких плотностей энергии.

Развитие мощных источников импульсного воздействия (лазерное, рентгеновское или электромагнитное излучение, электронные и ионные пучки, нейтронные 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 состояний — от сжатых и сильно разогретых в области конденсированной фазы до разреженных в квазигазо-вон 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 энерговклада опытная информация имеет, как правило, сложный интегральный характер, и интерпретация результатов экспериментальных измерений в большинстве случаев невозможна без привлечения методов численного моделирования. .

Основная трудность проведения последовательного теоретического расчета уравнений состояния в условиях, характерных дая импульсных высокоэнергетических процессов, заключается в необходимости корректного учета сложного по структуре межчастичного взаимодействия. Современные теоретические модели, использующие выделение одного или (¡¿скольких 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 уравнении состояния в широком диапазоне параметров заключается в конструировании полуэмпирических модег'Ч, в которых общий вид фу нкциональных зависимостей термодинамическою потенциала устанавливается с привлечением теоретических представлений, а данные аксперимеп-

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 я шлются 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 даже качественно правильных результатов расчета 1 гидродинамических течений в стадии разлета. Разработка полуэмпирической модели широкодиапазонных уравнений состояния, позволяющей проводить вычисления термодинамических характеристик таких сложных по химическому составу и физическим свойствам веществ, как органические соединения в конденсированной и квазигазовой фазах, определяет актуальность настоящей работы.

Цель работы: разработка калорической модели широкодиапазонных уравнений состояния и проведение на ее основе расчетов термодинамических характеристик органических соединений в условиях интенсивных динамических воздействий.

Научная попизна работы заключается в следующем:

1. Разработана калорическая модель широкодиапаэолных уравнений состояния вещества, позволяющая эффективно описать термодинамические свойства органических соединений в конденсированной и квазигазовой фазах.

2. На основе разработанной модели для ста трех органических соединений проведены расчеты термодинамических характеристик в условиях ударно-волнового нагружения и изоэнтропической разгрузки. Получено соответствие результатов вычислений с совокупностью экспериментальных данных при высоких плотностях энергии.

3. Выполнены расчеты параметров состояний в волнах изоэнтропического расширения продуктов физико-химического превращения ударно-сжатых образцов фе-шшона и полистирола. Показано, что продукты превращения не испытывают заметных скачков термодинамических функций или каких-либо гидродинамических аномалий, которые можно было бы связать с фазовыми изменениями вещества в волне разгрузки. . • ' ' . - ■ ■ - -. '

4. Проведен;« экстраполяция экспериментально исследованных нзоэнтрон расширения ударно-сжагых образцов плексигласа, тефлона, феншюна и полистирола в ■ обплбгь низких давлений, Выявлено отклонение от известного нраиила удвоения ско-росшнри расширении ударно:сжлгых вещее™ в воздух ^«8-27%.

Арвюнческы 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, релятивистских 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 международных конференциях "Ударное сжатие конденсированного вещества" (Колорадо Спрингс, I99J, и Сиэтл, 1995), "Ударные волны в конденсированном веществе" (Санкт-Петербург, 1994), "VI Забабахинские научные чтения" (Снежинск, 1995), IX и X международных кон||>еренш1ях "Воздействие интенсивных готоков энергии на вещество" (Черноголовка, 1993, и Приэльбрусье, 1995), IX и X международных конференциях "Уравнения состояния вещества" (Приэльбрусье, 1994 и 1996), VI и VII научных школах "Физика импульсных разрядов в конденсированных средах" (Николаев, 1993 и 1995), I научной школе "Импульсные процессы в иеханике сплошных сред" (Николаев,.1994), научно-координационной сессии "Исследования неидеальной плазмы" (Москва, 1993). •

Публикации.. По теме диссертации опубликовано 17 научных работ, гписок которых приведен в конце автореферата.

Структур» диссертация. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения; содержит 140 страниц, в том числе 3 таблицы, 41 рисунок и список литературы из 169 наименований. .

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Экспериментальная информация о поведении вещества в широкой области фазовой диаграммы не только позволяет проверить адекватность теоретических моделей, но и является фактической основой-существовання полуэмпирических методов описания термодинамики среды. В полрмпирических моделях опытные данные необходимы для выбора численных значений свободных параметров потенциала Важное значение при этом имеет наличие экспериментальных регистрации в возможно более широком интервале параметров, поскольку такие данные являются своеобразными реперными точками, позволяющими оценить применимость имеющихся моделей уравнений состояния в отдельных областях фазовой плоскости. В первой главе дан краткий обзор наиболее актуальных для построения уравнений состояния методов экспериментального исследования термодинамических свойств органических соединений при высоких плотностях энергии.

Возможности экспериментальных методов иллюстрирует рис. 1. на котором представлен характерный вид поверхности давление—объем—внутренняя энергия

(на примере одного из.наиболее подробно изученных пластиков — тефлона). Для исследованных в настоящее время органических веществ имеющиеся данные по динамической сжимаемости на р-—V—£-поверхности в основном определяют лишь одну или несколько (полиимид, тефлон, полистирол и полиуретан) линий ударных адиабат образцов различной начальной плотности (адиабаты Я и Нр). Существенным источником информации о поведении органических веществ при высоких плотностях энергии являются результаты экспериментов по повторному ударному нагружению и йзо-энтропичесхому расширению ударно-сжатых образцов (плексиглас, тефлон, фенилон и полистирол). Подобные опыты определяют надежность термодинамического описания новых, не исследованных другими методами областей фазовой диаграммы: области состояний конденсированного вещества с увеличенной относительно ударной адиабаты сплошных образцов плотностью (между холодной кривой С и адиабатой Н — кривая повторного сжатия К) и диапазона от состояний, возникающих под действием интенсивного динамического нагружения образцов, дсэ разреженк >й квазигазовой фазы с пониженным давлением и плотностью в несколько раз меньше нормальной (изоэнтропа расширения 5). Тем не менее относительно небольшое количество опытных данных и малая определенность теоретических представлений о. поведении органических соединений при высоких плотностях энергии накладывают существенные ограничения на вид полуэмпирического потенциала и приводят к необходимости использования упрощенной модели уравнения, состояния с минимальным числом "одгоночных параметров.

Рис. 1. Расчетная поверхность давление—объем—внутренняя энергия тефлона: С — кривая упругого сжатия при Т - О К, Н и Я, — ударные адиабаты сплошных и пористы- образцов, Я — кривая повторного нагружения,5- - изилнрош расширения

V, сы%

20

3 0

.Во второй главе проведено обсуждение существующих методов полуэмпирн-[еского описания термодинамических свойств вещества при высоких плотностях нергии. Основное внимание при этом уделено рассмотрению состояний, представ-лющих наибольший практический интерес при решении задач интенсивного им-ульсного воздействия на конденсированные срсдм. Выполнен критический обзор 'азлнчных вариантов квазнгармонической модели для описания кристаллической ¡азы, учета эффектов энгармонизма и теплового вклада электронов. Рассмотрены ютодичсские вопросы представления уравнения состояния в удобном для пропеде-ия гидродинамических расчетов виде.

В третьей главе представлено описание простой получимнрической модели, в налнтнческом виде выражающей связь внутренней энергии, давления и объема, и (столики построения широкоднапазонных уравнений состояния вещества в калори-еской форме. Разработанная модель обобщает уравнение Мн—Грюнайзена на об-ясть разреженных состояний и произвольных энергий и позволяет эффективно они-ать термодинамические свойства органических соединений в конденсированной и вазигазовой фазах. Следует подчеркнуть, что хот* внутренняя энергия и не является ермодинамически полным потенциалом по отношению к переменным р и V, уравне-!ия состояния в калорической форме £ = Е(рУ) или р=р(У,Е) могут быть исполь-ованы для расчетов адиабатических течений, поскольку дают возможность замыка-ия системы гидродинамических уравнений.

Предлагаемая для описания термодинамических характеристик органических еществ в конденсированной и квазигазовой фазах калорическая модель определяет авнсимостъ давления от удельных объема и внутренней энергии в обобщенной фор-ге

.0)

це £,(К) и ре (К)=~ЛЕС ¡ЛУ — упругие составляющие энергии и давления при Г=С К, а коэффициент Г{У ,Е) задаст вклад тепловьис компонент в уравнение со-тояння.

В качестве об ьемной зависимости энергии упругого сжатия используется по-ешшал

котором <тс=У0с/У, У0с — удельный объем при р=0 п 1=0 К, В0с —модуль пругого сжатия "фс/</К при етс = 1. Величина Е^, имеющая смысл харак-ерной энергии деструкции вещества, определяется .га нормировочного условия ;с(К0с) = 0, которое пртооднг к соотношению Е„ = Д„гК0с/тл. Вычисление произ-одной модуля упругого сжатия по давлению В'с=(Шс/('рс при <т, = 1 позволяет установить связь между коэффициентами иплв виде п = В^с-т-2. Параметры К0с, ?0с и В^ для каждого вещества подбираются итерациями так, чтобы п, I норл-пль-

пых условиях удовлетворялись табличная величина удельного объема У = У0 и опре деленные по данным динамических измерений значения изоэнтропического модул, сжатия £s = -V(cty/d¥)s = Bsa и его производной по давлению B's = (ßBs /¿p)s Остающийся свободным степенной показатель т в формуле (2) находится из услоиш наилучшего описания опытных данных, полученных в прямых и отраженных удар ных волнах и волнах изоэнтропической разгрузки.

Зависимость коэффициента Г от объема и энергии определяется в следуюше» виде" . ' ,

при этом выражение уе (К) соответствует случаю малых теляошх энергий, а эначе ние у, характер!вует область сильно разогретого штдеисцроваяшого вещества Энергия алгармонизма £а задает тепловую энергию (перехода чиг одного иредеиьйо го случая к другому и находится из данных дошамичоешх Экспериментов тря «ыоа к их давлениях. Объемная зависимость упругой комиоюейш к-аэффвдиеята Г «преде ляется согласно выражению

,Т/Ч 2 / 2\ < , ,,v

где сг = У0/У,

гсс =г, чОп-г^НГМ*'(С,•

£0 и у а — значения удеяьмой внутренней энергии и коэффициента Грюнайзеш у = при нормальных условиях. Нетрудно заметить, что принятая.форма

зависима а ус(У) обеспечивает выполнение условия у(У<).Е0) = у<), а также асимптотику ус =2/3 в предельных случаях малых и высоких степеней сжатия. Подгоночные параметры а т и <т„ в выражении (4) определяются из требования оптимальною описания опытных данных по измерению динамической сжимаемости пористых образцов исследуемого вещества. _

Формулы (1)-(4) полностью задают калорическую модель широкодиапазонных уравнений состояния, принимаемую для описания термодинамических свойстю органических соединений при высоких плотностях энергии. Для построения уравнения состояния в рамках представленной модели доя каждого вещества задаются табличные величины термодинамических характеристик при нормальных условиях ( У0, Ср0, #40, В'м и и фиксируются характерные значения свободных параметров (т = 3, от =0,8, ап =1, /, = 1/2 и Е, = С^о-50103 К). Затем методом итераций решается система четырех уравнений: р(У0,Е0)= 1 бар, В5{У0,£0)= В10, В^(У0,Еа)-В^0, и у£■(,) = Г0, — в результате чего однозначно находятся параметры холодного ве-щестна ( К0с, В„с, и у0Д При зт ом для нормальной величины удельной внутренней энергии предполагается

" 0 — удельная изобарная теплоемкость при нормальных условиях (выбор значения Е0 определяет лишь нормировку исходного состояния и практически не шшяет на качество описания термодинамических свойств вещества при высоких плотностях >нергин). После такой процедуры зависимость р(У,Е) полностью определяется ана-штнческими выражениями (1)-(4) и набором десяти параметров ( У0, У0е, В0с, т, п, у„, ая, /0г, п » Е*)• Зависимость Е(рУ) в явном виде получается решением ал-сбранческого уравмешя р^р^У.Е} относительно переменной Е.

Далее, иутсн вьтьчевия соотношений, справедливых для автомодельных гн-(родинамичсскнх те,'чаииЦ (ударные волны и полны разгрузки), проводятся расчеты жепернмеиталыю иомеояемык при высоких давлениях кинематических характерис-•нк: скоростей прямой № отраженной ударных волн и Скорости течения вещества п юлне изоэнтрошмеской' разгрузки. Область действия каждого из свободных подго-ючных параметров' достаточно локализована, что даст возможность находить их 1елнн1шы в значительной. мере независимым образом, сравнивая расчетные результаты. с экспериментальными: данным». В качестве примера в таблице приведены порченные ддЯ| феиилона И! полистирола коэффициенты уравнений состояния, оптимальным* обрааом- описывающих, имеющуюся для этих пластиков термодинами :ес-сукишформадию.

Коэффнциапгы.урявнеинн состояния фепнлена и полистирола

фенилов

полистирол

0;75г 0,47*

0)7441 0,464

25,53

ад 5.6

0.9

0^5 0,95'

ь 1

оа 1,05

О,*

2Г* 60

П.

т,

п <*»

Го.

Ксзффвщжыгы»отмеченных :дакэч * колонках относятся к продуктам фюико-хнмиче-жого превращен!« фенвло'яаи полистирола при ударно-волновом кагружении. Единицы измерения соэффшокнтов соответствуют исходный единицам: р= 10 кбар, К= 1 см'/г, 1 кДж/г.

0,956 0,53*

0,923 0,523

4,856 35,37

2,9 7,65

2.85 0,65

0,95 0,98

0,1 0,28

0,8 1.Ч

9,3 0,55

10 ! 70

В <ктоерта& г.адве- предстаалеиы результаты расчетов термодинамических характеристик тридцати юти полимерных материалов (пластиков и эластомеров) на эснове разработанной калорической модели. Для каждого из исследованные вешестп

о

выполнено сопоставление расчетных зависимостей с совокупностью экспериментальных данных в области высоких плотностей энергии.

Полиметилметакрилат (плексиглас) является одним из наиболее технологичных полимеров и как конструкционный материал часто используется при проведении взрывных исследований. В условиях ударно-волновых воздействий плексиглас выступает в роли эталонного материала с низким значением динамического импеданса. Это обстоятельство обуславливает применение этого пластика в различного рода кумулирующих системах в качестве демпфирующего элемента конструкций. Политетрафторэтилен (тефлон) характеризуется промежуточным между легкими металлами и тяжелыми инертными газами значением ударного импеданса, что определяет возможность его использования при изучении динамических характеристик взрывчатых веществ. В сочетании с малой электропроводностью это делает особенно эффективным его применение в опытах, проводимых с использованием манганиновых датчиков давления. Среди прочих технических приложений тефлон служит компонентом или флегматизатором термостойких взрывчатых веществ.

Расчетные ударные адиабаты образцов плексигласа и тефлона различной пористости >п = р0/рю (p0 = yv„, Род — начальная плотность образца) нанесены нг\ рис. 2, который иллюстрирует их адекватность данным экспериментов во всем реализованном интервале кинематических параметров. Диалогичный вывод для областей повышешюго относительно ударной адиабаты сжатия и разреженных состояний (см. рис. 1) следует из сравнения полученных в расчетах и экспериментальных значений скорости течения вещества в волнах повторного сжатия и шоэнтропического расширения ударно-сжатых пластиков (рис. 3 и 4). На рис. 5 для рассматриваемых полимеров представлены расчетные зависимости отклонения от правила удвоения скорости при изоэнтропическом расширении ударно-сжатого вещества в воздух А = (w-2u)j2u (и — массовая скорость за фронтом ударной волны, w — скорость свободной поверхности нагружаемого образца). Расчетная величина отклонения на исследованных в экспериментах изоэнтропах составила для плексигласа и тефлона /1«8 и 27%соответственно. ■..-■•• . , .

Полиметафеииленизофталаадид (фенилон), — линейный ароматический полиамид, примененяемыц в производстве термостойких конструкционных и электроизоляционных пластмасс, в том числе наполненных, а также синтетических волокон. Полистирол — высокомолекулярный ароматический углеводород, широко используется в динамических экспериментах для изготовления .фокусирующих элементов взрывных метательных систем. Технология производства этого полимера позволяет получаль пористые образцы (пенополиетирол) с плотностью до 0,03 г/см', что соответствует более чем 30-кратной эффективной пористости. Разнообразие принимаемых значении динамического импеданса делает полистирол удобным вспомогательным материалом при постановке ударно-волновых экспериментов.

А км/с

и, км/с

Pit X Ударные адиабаты плексигласа (а), сплошных (А) и пористых (с) образцов тефлона: т — пористость. Значки— экспериментальные данные'

Анализ данных динамических экспериментов свидетельствует, что с увеличением давления во фронте ударной волны фенилон и полистирол претерпевают ряд физико-химических превращений, в результате которых свойства более плотных состояний заметно отличаются от наблкэдасмых при нормальных условиях. На ударных адиабатах сплошных пластиков превращения начинаются в области давлений />«<180 и 200 кбар и проходят со значительным изменением плотности (~20 %) и сжимаемости среды. Подобные превращения при ударно-волновом воздействии, сопровождающиеся резким уплотнением вещества, характерны для вссго класса ароматических соединений и традиционно объясняются происходящим под действием интенсивного динамического нагружения разрушением химических связей исходник» соединения н образованием малоежнмаемой смеси алмазоподобшж <|«зы уигорида к разнообразных ннзкомолекулярных компонент. В данной рабою уравнении состояния феиилона и полистирола на основе представленной калорической м(.дс ш (|)-(4>

Рис. 3. Ударная адиабата (Я), кривая повторного сжатия (Л) и иэоэнтропа расширения (5^ щека«^ д ласа. Значки — экспериментальные данные

строились раздельно для веществ до и после превращения. При этом, такие существенные для построения уравнения состояния характеристики продуктов превращения исследованных материалов, как плотность и модуль объемного сжатия при. кор-мальных условиях определялись по данным ударно-ввлновых экспериментов, во. сплошными И пористыми образцами при давлениях выше области превращения.

Разработанные уравнения состояния (см. табл.) адекватным образом описывают, как эго видно из рис. 6 и 7, результаты измерений ударной сжимаемости сплошных и пористых (полистирол) образцов пластиков во всем реализованном интервале кинематических характеристик. Б расчетах параметров ударных адиабат, соответствующих веществу после превращения, учитывалось наличие эффективной начальной пористости м*=тр0*/р0 полимерна относительно нормальной плотности продуктов превращении р0*. Сравнение приведенных на рис. 6 и 7 расчетных

■ч

/р, 'кбар -

I ■

Рнс.4. Ударная адиабата (Н), кривая повторного сжатия (Л) и изоэнтропа расширеша (5) тефлона. Значки — экспериментальные данные

Рис.!. Пасчепши зависимости отклонения от пр.щичл удпоенни скорости при точиптшч<.:■;;.>■.< расширении удпрт-ежлтмхтефлона (я) и плексиглас.! (Л: » вспух: о ■ очт<-ч.1.м. очик-г-сшующпе зкеперпмешалым носклоплннмм ншмшрочам

Рас. 6. Ударна« адиабата (Я), кривая повторного сжатия (Л) и шоэнтропа расширения (5) фенилона. Волнистыми линиями отмечено положение границ облает» фтнко-хлмнческого превращения, * — кривые, относящиеся к продуктам превращения ударно-сжатого вещества. Значки — экспериментальные данные

кривых повторного нагружения и изоэнтроп расширения продуктов превращения фенилона и полистирола с экспериментальными данными показывает, что разработанные уравнения состояния обеспечивают также надежность описания параметров вещества в областях повышенного относительно ударной адиабаты сжатия и разреженных состояний. Следует отметить, что полученные изоэитропы разгрузки в качестве исходных имеют состояния диссоциированного и слабо ионизованного вещества, возникающие в условиях интенсивного динамического воздействия, и продолжаются до разреженных квазигазовых состояний с давлением р*2 кбар « плотностью ряО,3-р0. При этом анализ экспериментальных и расчетных зависимостей юо-энтроп показывает отсутствие в данной области параметров заметных скачков термодинамических функций или каких-либо гидродинамических аномалий (см. рнс. б в 7), которые можно было бы связать с фазовым» изменениями продуктов превраще-

Ряс. 7. Ударные адиабата Ш) образцов различной начальной пористости (т), кривая повторного сжатия (Л) и гооэнтропа расширения № полистирола. Волнистыми линиями. отмечено положение границ области физико-химического превращения, * — кривые, относящиеся к продуктам превращения ударно-сжатого вещества. Значки — экспериментальные данные

нкя фенилона и полистирола в волне разгрузки. Расчетная величина отклонения от правила удвоения скорости при расширении ударно-сжатого нещестиа н воздух на исследованных юознтропахЧ|>сиилона и полистирола составила ¿1 = 18 н Ю % соответственно. ; ' . •' .

В пятой главе представлены результаты нычмеленнк термодинамических характеристик шестидесяти восьми насыщенных, ненасыш-нных и аромашческих ии> комолекуЯяршЛх органических соединений (углеводородов и их производных, спиртов, кетонов/днэтюювого Эфира, кислот и ангидридов) н рамках'рачрабопнш а: недели уравнении состояния! Проведено срапиеи1|е расч«.чпых -зависимбск-й с данными экспериментов при высом.; ндотосгях :>н'ерпш. ' <

Д км/с

Р*с- 8. Ударные адиабаты глицерина (а), эгилснгликоля (6), днэпшового эфира (с), ииклогексанона

(¡1) и ацетона (е). Значки — экспериментальные данные

На рис. 8 изображены расчетные ударные адиабаты этилснглнколя, глицерина, циклогекс&кона, ацетона и диэтилового эфира в сопоставлении с экспериментальными данными. Представленная />—«-диаграмма позволяет заключить, что во всей области полученных в условиях ударно-волнового воздействия параметров модель (1)-(4) обеспечивает надежное описание свойств рассматриваемых соединений.

Таким образом, предложенная в работе калорическая модель уравнений состояния позволяет проводить с помощью простых аналитических выражений расчеты термодинамических характеристик органических веществ, обеспечивая при этом согласованное описание совокупности.имеющихся опытных данных, полученных в динамических условиях. Особо следует отметить термодинамическую согласованность и физическую обусловленность (положительные значения изоэитропичсского модуля объемного сжатия и коэффициента Грюнайзена) результатов расчета во всей

области фазовой диаграммы. Конечное аналитическое выражение для зависимости p(V,E) дает возможность эффективного использования полученных уравнений состояния при проведении численного моделирования нестационарных гидродинамических процессов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработана калорическая модель широкодиапазонных уравнений состояния вещества, обобщающая уравнение Ми—Грюнайзепа на область разреженных состояний и произвольных энергий.

2. На основе разработанной модели для ста трех органических соединений выполнены расчеты термодинамических характеристик в условиях ударно-волнового нагружеиия и нэоэнтропической разгрузки.

3. Для исследованных веществ проведено сопоставление полученных результатов с имеющимися при высоких плотностях энергии экспериментальными данными,

\

которое демонстрирует адекватность описания термодинамических свойств органических соединений в рамках разработанной модели.

4. Выполнены расчеты параметров состояний в волнах изоэнтропнческого расширения продуктов физико-химического превращения ударно-сжатых образцов фенил она и полистирола. Показано, что продукты превращения не испытывают заметных скачков термодинамических функций или каких-либо гидродинамических аномалий, которые можно было бы связать, с фазовыми изменениями вещества в волне разгрузки.

5. Проведена экстраполяция экспериментально исследованных изоэнтроп расширения ударно-сжатых образцов плексигласа! тефлона, фенилона и полистирола в область низких давлений. Выявлено отклонение от известного правила удвоения скорости при расширении ударно-сжатого вещества в воздух .¿1 ч 8-27 %.

Основные результаты работы изложены в следующих публикациях:

1. Бушман А. В., Жерноклетов М. В., Ломоносов И. В., Сутулов Ю. Н., Фортов В. Е., Хищенко К. В, Исследование плексигласа и тефлона в волнах повторною ударного сжатия и нэоэнтропической разг рузки. Уравнение состояния полимеров при высоких плотностях энергии//ДАН. 1993. Т. 329. № 5. С. 581-584.

2. Кушман А. В., Ломоносов И. В., Фортов В. Е., Хищенко К. В. Уравнения сисшн-ния полимерных материалов при высоких плотностях эперпш: Препр. ИНТАН •№■ 6-358. М.: 1993.

3. Bushman А. V., Forlov V. К., Khishchcnko 1С. V., Lomonosov I. V. Caloric equations , of state of structural materials II Bull. Am. I'hys. Six. 19УЗ. V. 38. № 6.1'. 1515.

4. Бушман А. В., Ломоносов II. В., Хищенко К. 1). Уравнения еосыяння no:itiMtp.>ii п'услониих HiucHcmniMx импульсных поикнчвнн II Физика нмпу.псинх i«nhii

ствий на конденсированные среды: Тезисы докладов VI научной школы (сентябрь 1993). Николаев: ИИПТ АНУкр., 1993. С. 168-169.

5. Бушман А. В., Жсрноклетов М. В., Ломоносов И. В., Сутулов Ю. Н., Фортов В. В., Хищенко К. В., Ударная сжимаемость и уравнение состояния полнимвда II Письма в ЖЭТФ. 1993. Т. 58. № 8. С. 640-644.

6. Бушман А. В., Ломоносов И. В., Фортов В. Е., Хищенко К. В., Уравнения состояния насыщенных органических соединений при высоких плотностях энергии: Препр. ИВТАН № 6-377. М.: 1994.

7. Бушман А. В., Ломоносов И. В., Фортов В. Е., Хищенко К. В., Уравнения состояния полимерных материалов при высоких давлениях // Хим. физика. 1994. Т. 13. Яз 1.С. 64-81.

8. Бушман А. В., Ломоносов И. В., Фортов В. Е., Хищенко К. В. Уравнения состояния насыщенных органических соединений при высоких давлениях // Хим. физика. 1994. Т. 13. № 5. С. 97-106.

9. Lomonosov I. V., Bushman А. V., Fortov V. Е., Khishchenko К. V. Caloric equations of state of structural materials // High Pressure Science and Technology — 1993 / Eds. Schmidt S. C., Shaner J. W., Samara G. A., Ross M. New York: AIP Press, 1994. P. 133-136.

10. Ломоносов И. В., Милявскин В. В., Скворцов В. А., Хищенко К. В. Динамика ударно-волновых процессов в полистироле при импульсном воздействии электронного пучка // Импульсные процессы в механике сплошных сред: Тезисы докладов I научной школы (сентябрь 1994). Николаев: ИИПТ A I Укр., 1994. С. 6970.

11. Ломоносов И. В., Фортов В. Е., Хищенко К. В. Модель шнрокодианазошшх уравнений состояния полимеров при высоких плотностях энергии // Хнм. физика. ¿995. Т. 14;№ 1.С. 97-106.

12. Хищенко К. В., Ломоносов И. В., Фортов В. Е., Левашов П. Р. Термодинамические свойства высокомолекулярных ароматических соединений при высоких плотностях энергии // Воздействие интенсивных потоков энергии на вещество: Тезисы X международной конференции. Терскол: 1995. С. 9.

13. Николаев Д. Н., Ломоносов И. В., Терновой D. Я., Филимонов А. С., Фортов В. 13., Хищенко К. В. Термодинамические свойства бромоформа при ударно-волновом воздействии // Уравнения состояния вещества: Тезисы X международной конференции. .Нальчик: 1996. С. 14.

!4. Khishchenko К. V., Lomonosov I. Л'., Fortov V. Е. Equations of state for organic compounds in wide range of densities and pressures II Bull. Am. Phys. Soc. 1995. V. 40. .№6. P. 1380.

15. Хищенко К. В., Ломоносов И. В. Физикг-химические превращения полимерных материалов под действием интенсивных импульсных нагрузок // Физика имнульс-

ных воздействий иа конденсированные среды: Тезисы докладов VII научной школы (сентябрь 1995). Николаев: ИИПТ НАНУ, 1995. С. 149.

16. Ломоносов И. В., Фортов В. Е., Хишенко К. В. Широкодиалазонные уравнения состояния органических соединений при ударно-волновых воздействиях // Тезисы докладов международной конференции VI Забабахинские научные чтения, 16-20 октября 1995 г. Снежинск: РФЯЦ-ВНИИТФ, 1995. С. 211-212.

17. Бушман А. В., Ломоносов И. В., Фортов В. Е., Хнщенхо К. В. Широкодиапазонные уравнения состояния полимеров при высоких плотностях энергии // Уравнения состояния / Ред. Фортов В. Е., РахельА.Д. М.: ОИВТ РАН, 1995. С. 132-145.

К.В.Хищенко

ШИРОКОДИАЛАЗОННЫЕ УРАВНЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЯ ПРИ ВЫСОКИХ ПЛОТНОСТЯХ

ЭНЕРГИИ

* «

Автореферат

Подписано к печати 12.04.96

Печать офсетная Уч.изд.л.1,9

Заказ » 58 Тираж ЮОэкз.

Формат 60x84/16 Усл.печ.л.0,93 Бесплатно

АП "Шанс ".127412,Москва,Ияорская ул.,13/19