理想气体焦耳定律与物态方程的关系

焦耳定律作为理想气体的能态方程,是热力学一般能态方程在理想气体物态方程约束下的特殊解,本质上不独立于物态方程.但焦耳定律却是理想气体温标等于热力学温标的充分必要条件,以理想气体温标表述理想气体定义时,物态方程和焦耳定律缺一不可.

理想线弹性体的等温物态方程

固体的物态方程多为经验公式,少量为基于微观力学的扩展,方程复杂且有效性低,建立有效的理论性的物态方程,一直是业内的梦想。本研究从材料力学角度出发,建立了一种理想线弹性体的2参数等温物态方程,该方程具有Bridgman方程的形式,方程参数仅为弹性模量和泊松比;对75中物质的弹性段数据进行了验证,发现新方程的符合性良好,可靠性佳,拟合精度可控制在3.72%以内。同时得出体积模量的一阶导数是泊松比的单一函数,揭示了这两个参数之间的深刻联系。

固态高分子等温物态方程的适用性

针对现有高分子等温物态方程形式多样且繁杂,判断物态方程适用性困难的问题,通过理论分析,建立了8个等温物态方程的自洽性判据,并通过B'∞=-1的条件,降低了等温物态方程参数的数量。通过代数原理,建立了物态方程参数数量和B(n)0的对应关系,提出高分子等温物态方程适用性的判断原则。对25个常用等温物态方程和12种高分子材料的数据进行验证,结果表明:在2参数方程中,Spencer方程优于其他方程,而Yan方程最具有发展潜力。

用遗传算法确定材料物态方程参数

根据实测应力历史曲线建立非线性优化模型，以确定材料物态方程参数。将全局优化性能良好的遗传算法应用于优化过程。针对２号纯铁的一维平面碰撞实验记录，用这种方法计算了铁的物态方程参数ｃ０和ｓ，并将结果同用ＢＦＧＳ算法得到的结果进行了比较。

稠密氦气物态方程研究

用二级氢气炮作为冲击压缩加载工具和多通道瞬态辐射高温计作为主要测量系统 ,测量了冲击压缩氦气等离子体的光辐亮度历史 (初始温度 2 93K ,初始压力为 1.2MPa)。根据实测记录信号波形的有关特征量 ,计算得到了氦等离子体的Hugoniot物态方程 (含冲击温度 )。结果发现 :实测Hugoniot物态方程可用Saha方程加Debye Huckel修正物理模型解释。

理想气体物态方程的四种推理方法及两点质疑

系统性地展示了推理理想气体物态方程的四种方法,其中前三种方法是利用等压、等体、等温三种等值过程中任意两种的组合来进行推理,第四种则是根据物态方程的思想来进行推理.指出其中利用等压和等体过程组合的推理方法可能存在因气体温度过低或过高从而导致推理方法受限的问题,而第四种推理方法则可能存在历史逻辑性的问题.

两种物态方程在超高速碰撞数值模拟中的比较

材料在超高速碰撞下将发生熔化甚至气化相变。为反映超高速碰撞中材料相变带来的影响,文章采用GRAY三相物态方程与Tillotson物态方程,对超高速碰撞进行数值模拟对比研究。研究表明:当碰撞速度在3km/s以下时,除了靶板穿孔直径外,两种物态方程所给出的碎片云的结果基本一致;但当碰撞速度在3km/s以上时,两种物态方程给出的数值模拟结果有较大差异,这说明在超高速碰撞中相变的产生对碎片云形状参数有较大影响。

一般物态方程形式下爆轰产物的一维等熵流动

研究了一般物态方程形式下一维平面和柱、球面对称CJ爆轰波后产物的等熵流动,给出Riemann不变量的表达式、Euler和Lagrange形式的自相似流动方程组,得到一个高精度近似解析解,在实验测量合理的范围内本文理论与实验基本符合。为了具体应用上述理论,给出四种普遍公认的物态方程(γ律、JWL、HOM和W.C.Davis近来提出的形式)的等熵线和声速曲线,以及较一般情形中产物或惰性介质沿等熵线的比内能表达式。四种等熵线差别不大,表明爆轰数值模拟中不但要应用产物的等熵线,还应注意产物能量状态方程是否适当。本文的理论计算方法,可作为产物一维流动数值模拟正确性的有效校核手段。

零温物态方程输入参数B_(0K)、B′_(0K)和ρ_(0K)的确定

在对Grüneisen系数高温高压下演化特性不作任何假设的前提下,建立了一种不依赖于等温物态方程具体形式,通过Hugoniot实验数据直接确定0K零压等温体积模量B0K及其对压力的一阶导数B′0K和初始密度ρ0K等0K物态方程输入参数的方法。通过与实验和理论数据的分析和比较,表明用这一方法确定的B0K和B′0K不仅合理,而且具有很高的精度,特别是B′0K的精度,要优于目前传统超声实验的测量精度。此外,这一方法所确定的ρ0K不仅在Gr櫣neisen物态方程的框架内与相应的室温零压特性参数相适配,而且与低温热膨胀实验数据所确定的近0K初始密度ρ0E非常吻合。

100～500GPa4．2Ni2．45Fe0．35CoW合金的冲击压缩性和物态方程

用二级轻气炮驱动飞片技术及对称碰撞技术，测量了两相合金１．２Ｎｉ２．４５Ｆｅ０．３５－ＣｏＷ（以下简称９３Ｗ）的雨贡纽线。其压力范围为１００～５００ＧＰａ。实测的冲击波速度Ｄ和粒子速度ｕ可用直线关系式Ｄ＝４．００８＋１．２７７ｕ（ｋｍ／ｓ）描述。实验结果与用混合物雨贡纽线叠加原理的计算结果符合甚好。文中还给出了由实验数据计算得到的物态方程数据。

HMX炸药爆轰产物物态方程研究

采用自主研制的考虑产物组分间化学反应的类CHEQ程序研究HMX炸药爆轰产物物态方程,给出初始密度为1.90 g·cm^(-3)的HMX炸药CJ点的爆速和爆压,计算值与实验值符合较好;计算CJ点的爆轰产物组成,并与BKW和LJD的计算结果进行比较分析;同时给出过CJ点的等熵膨胀线上压强、γ和产物组分随比体积的变化规律,加深对爆轰产物作功能力的认识.

用冲击波应力历史曲线确定材料物态方程参数

提出一种确定材料物态方程参数的新方法，即从一次平面碰撞实验中单个拉格朗日量计记录的应力历史曲线出发，建立非线性优化模型，进而确定材料的物态方程参数。计算结果表明了这种方法的有效性。还考察了权重的选取对于最后优化结果的影响。

氢氘物态方程研究进展

针对近二十多年的氢氘物态方程理论研究工作进行了综述分析,结合本课题组改进的自由能模型、直接量子蒙特卡洛和量子分子动力学方法的模拟结果,对多个研究小组采用不同方法获得的氢氘宽区物态方程数据进行了定量评估分析。结果表明:在当前理论框架下,仅基于第一原理数值模拟得到的氢氘物态方程能够描述的热力学相空间有限;多模型集成的H-REOS.3数据库在105K以下温度与数值模拟结果的相对差别较大,且数据稀少,二者均不能满足工程应用需求。建议采用基于半经验模型的宽区域物态方程研究方法,即结合高精度的实验研究、数值模拟和解析模型,构建满足工程应用需求的氢氘宽区实用物态方程。

高温高密度氢(氘)的物态方程——离解效应研究

高温高压下流体氢将发生离解化学反应,形成具有相互作用的氢分子和氢原子混合体系,此时粒子间的相互作用复杂。利用单组分流体近似的范德瓦尔斯混合模型,将混合物粒子间的相互作用等效为单组分粒子间相互作用,从而简化了对体系的统计热力学处理;并由自由能函数极小化确定化学平衡时各组分含量、体系的内能、压强。研究了温度在10 000 K以下、密度在0.6 g/cm3以下(相应摩尔体积大于3.3 cm3/mol)区间的热致离解和压致离解现象对流体氢(氘)状态方程的影响。所得结果与双组分流体变分理论计算以及第一原理的分子动力学模拟、蒙特卡罗模拟结果以及二级轻气炮实验数据进行了比较,它们之间的一致性表明:用单组分流体近似的范德瓦尔斯混合模型处理氢(氘)分子的离解区域的物态方程是成功的。

混合物物态方程的体积相加模型和热力学自洽条件

介绍了一个表列数据相加模型，用体积压强迭代法编程计算混合物物态方程。在各组分材料物态方程满足热力学自洽条件的前提下，证明了混合物物态方程也满足热力学自洽条件。最后给出两个算例（空气和ＸｅＤ２体系）。

金和铂的室温等温物态方程及其压标的意义

在对Gruneisen系数高温高压特性不作任何假设的前提下，由冲击雨贡纽数据直接确定了材料零温零压体积、等温体模量及其对压力的一阶偏导。基于上述参数，计算了两种常用压标材料金和铂压缩比至0．5～0．6的0K物态方程，并通过相应的热压修正得到了金和铂的室温等温物态方程。计算结果与准静水压条件下静高压实验结果具有非常好的吻合性，缩小了早期不同金和铂压标之间的差异。独立来源实验数据和理论计算结果的交叉检验表明，金和铂的室温等温物态方程计算结果可以用于今后静高压实验的压标。

爆轰产物物态方程及CHBr_3相变的理论研究

由吉布斯自由能最小计算处于化学平衡状态的气体和固体混合系统的平衡组分。以ＢＫＷ和ＶＬＷ作为爆轰产物的物态方程对几种炸药爆轰参数作了预言，计算结果与实验值吻合得非常好。另外，还对ＣＨＢｒ３的冲击压缩分解作了化学平衡计算，给出了冲击压缩曲线。

应用Saha方程计算氩等离子体的Hugoniot物态方程

应用Saha模型加Debye Huckel修正计算氩等离子体的Hugoniot物态方程 ,温度在 10 0 0 0 - 30 0 0 0K之间 ,压力在 0 .0 13 3 - 0 .16 6GPa范围内 ,非理想参数Γ≈ 0 .38。实验值和理论计算结果符合较好 ,说明Saha模型加Debye

氢的高密度等离子体物态方程

采用Thomas Fermi(TF)方法 ,计算了氢的高密度等离子体物态方程 ,并引入TF等效电离度概念。等效电离度的计算结果表明 ,TF方法也可用于宽广温度、密度范围的等离子体物态方程计算 ,且在高密度区 ,其结果比活度展开法 (ACTEX)和Debye Huckel(DH)理论更为合理。

固氩高压物态方程和弹性性质的密度泛函理论计算

用平面波赝势方法结合局域密度近似密度泛函理论(DFT-LDA)计算了零温下固态氩晶体在压力0～82 Gpa的p-V关系和弹性性质,计算结果与静高压实验数据符合较好,计算结果表明局域密度近似方法能较好地描述固氩晶体高压下的性质,采取合理的方法和计算参数,惰性气体固态晶体高压下的力学性质可以比较准确地计算出来,这可为一些还不能通过实验进行研究的物态分析提供借鉴.