基于统计物理的爆轰产物物态方程研究

用van der Waals等效单组分流体模型和Ross硬球微扰理论软球修正模型，计算爆轰气相产物的状态方程；用石墨相、金刚石相、类石墨液相和类金刚石液相４种相态描述凝聚成分，由Gibbs自由能最小确定不同状态下的凝聚产物相态.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炸药爆轰产物系统的平衡组分，计算结果与Becker-Kistiakowsky-Wilson (BKW)和Lennard-Jones-Devonshire结果相近.使用该理论对炸药的爆轰参数做了预言，与BKW，Jo 关键词： 爆轰产物 物态方程 化学平衡方程组     

爆轰产物物态方程及CHBr3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，对文献[6]中提出的CHBr₃在55~60 GPa存在相变的看法提出了质疑。     

战斗部爆轰产物温度效应数值模拟

 利用BKW代码、JWL方程和LS-DYNA程序，研究了无约束、弱约束和强约束等三种战斗部约束条件下炸药爆轰产物密度随时间的变化关系，再结合爆轰产物HOM状态方程获得爆轰产物温度随时间的衰变函数。给出了战斗部爆轰产物温度的理论计算方法。研究表明，爆轰区内爆轰产物温度及其衰减速率并不均匀，战斗部炸药的约束条件对爆轰产物密度和温度有重要影响，强约束可以延缓爆轰产物密度和温度的衰减，相同情况下仅战斗部壳体厚度加倍并不会导致爆轰产物密度和温度的衰减情况同比例变化。     

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.     

特殊炸药的爆轰参数计算

 针对BKW（Becker-Kistiakowsky-Wilson）状态方程,编写了爆炸参数计算程序。该程序除了可以计算常规含C、H、O、N元素炸药的爆轰参数,还能计算含有其它金属元素炸药的爆轰参数。通过对含Fe、Mn元素的乳化炸药以及含Al元素的水胶炸药的爆轰参数计算表明,该计算程序得到的计算结果与实验结果基本一致,相对误差不超过1%。采用该程序计算爆轰参数时,只需输入炸药的化学式、常温常压密度和生成焓即可。     

H32.685N16.8430O3.0和H8.154N4.5770O3.0炸药爆轰参数的数值模拟

用Gibbs自由能最小原理,通过解化学平衡方程组,求解HNO型炸药H32·685N16·8430O3·0(70/30Hydrazine/HydrazineNitrate)和H8·154N4·5770O3·0(21/79Hydrazine/HydrazineNitrate)爆轰产物系统的平衡组分,计算结果与用BKW和LJD方法计算的结果相近。以Ree修正的WCA状态方程并考虑Ross软球修正的硬球微扰理论作为爆轰气相产物的物态方程,用自编的程序对H32·685N16·8430O3·0和H8·154N4·5770O3·0炸药爆轰参数作了预言,爆轰CJ点的爆速、爆压和爆温的计算结果与实验值吻合得很好。     

PETN炸药爆轰产物状态方程的理论研究

 采用van der Waals等效单组分流体模型和Ross硬球微扰理论软球修正模型,计算爆轰气相产物的状态方程;用石墨相、金刚石相、类石墨液相和类金刚石液相4种相态描述凝聚成分,由Gibbs自由能最小原理确定不同状态下的凝聚产物相态。对爆轰产物混合系统采用自由能最小原理,通过化学平衡方程组求解炸药爆轰产物系统的平衡组分。使用该理论计算PETN炸药Chapman-Jouguet（CJ）点的爆轰参数,其值与实验值符合得很好;同时计算了以CJ点为起始点的等熵卸载线,并与传统的Jones-Wilkins-Lee（JWL）状态方程的计算结果进行比较,发现计算的γ值是单调递减的,而JWL状态方程计算的γ值却出现了“双峰”现象。分析认为,传统的JWL状态方程给出的“双峰”变化,是由其函数形式自身决定的,并不对应实际物理过程。     

RDX炸药爆轰产物物态方程

采用基于统计物理的爆轰产物物态方程模型,研究了不同初始密度下RDX炸药爆轰产物性质,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1.60g/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,经分析发现此处可能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。     

新型爆轰产物物态方程

 从位力（Virial）理论和相似假设出发，建立了爆轰产物物态方程，命名为VLW物态方程。本物态方程既适用于高压下炸药爆轰性能的计算，也适用于较高压强与中等压强状态下火炮发射药与火箭推进剂燃烧性能的计算。     

TNT炸药和乳化炸药驱动飞板的通用状态方程特征线法研究

 在爆炸气体动力学的基础上,利用特征线差分法,对飞板的运动规律进行研究。差分过程中,基于稳定爆轰的基本假设,根据二维定常流理论,推导了通用状态方程的特征线相容关系。利用爆轰气体密度取代特征线相容关系中的马赫数,导出了与物质物态无关的通用状态方程特征线法,编写了爆轰产物作用下飞板内部和边界的差分计算程序。利用该程序计算了飞板在TNT炸药和乳化炸药爆轰作用下的运动参数,研究了在不同质量比下TNT炸药和乳化炸药爆轰驱动飞板的抛掷姿态曲线,并与Richter公式计算结果进行了对比研究。     

爆轰产物的冷比内能与冷压的函数表达式

 猛炸药爆轰产物的状态可以用两相的强排斥-平动物态方程（简称为两相的排平物态方程）很好地描述。以爆轰产物分两段的等熵曲线为参考曲线的两相的排平（k, γ）物态方程,已经用于爆轰参数和强爆轰参数的理论估算,所得理论值与实验值符合得很好。为了更方便地估算爆温,有必要给出描述分子间相互作用的比内能项与压力项（分别简称为冷比内能与冷压）。参照描述分子间相互作用的Morse势和Mie势的排斥项,给出了带待定参数A、m、n和l的冷比能项和冷压项,这样的物态方程被称为两相的排平（A, m, n, l）物态方程。用TNT的{D, ρ₀}实验数据组,确定了两相的排平（A, m, n, l）物态方程的参数n=1和l=1/3,因此,可将其简称为两相的排平（A, m）物态方程。它适用于所有的猛炸药的爆轰产物。用硝基甲烷的强爆轰参数{p, D, T}实验数据组对其所做的检验表明,两相的排平（A, m）物态方程是恰当的爆轰产物物态方程。     

VLW状态方程的回顾与展望

 回顾了VLW状态方程建立的背景,阐述了它问世十余年后,该状态方程中的第三项从理论上得到证明的事实,并对今后的发展进行了展望。     

拉氏程序使用减敏模型模拟炸药绕爆问题

利用二维拉氏非结构网格爆轰流体程序对高能炸药的爆轰波绕爆问题进行数值模拟.拉氏程序对绕爆问题进行模拟时,会引起网格严重扭曲,导致网格大变形.使用JWL状态方程和三项式反应率,拉氏程序得到的绕爆数值结果与实验定性相同,较好地模拟了爆轰波绕爆过程中的漩涡现象.为了模拟一些钝感炸药在绕爆过程中的死区现象,在炸药反应率中加入减敏因子,模拟结果捕捉到死区,并与国外文章中的数值模拟结果定性相同.     

基于Mie-Grüneisen状态方程的爆轰波运动数值模拟

依据C-J（Chapman-Jouguet）理论,对爆轰问题中的气态爆轰产物和未反应炸药分别考虑不同的参考状态,并根据参考状态选用特定的Mie-Grüneisen状态方程。忽略化学反应过程,爆轰产物厚度为零的前导激波面以界面的形式存在。数值模拟中,爆轰波的演化分为波面传播以及与未反应介质相互作用两个部分。传播过程中,爆轰波的传播速度即恒定的爆速,爆轰产物在传播过程中瞬间形成,而相互作用过程则是通过Mie-Grüneisen多介质混合模型来计算爆轰波的持续冲击作用。借助于Mie-Grüneisen状态方程以及Mie-Grüneisen多介质混合模型,可以很好地模拟爆轰波的运动过程。对比理论参数及文献的计算结果发现,模拟结果具备较好的准确度。     

均匀炸药冲击起爆和起爆后的行为

 介绍并分析了Campbell等人研究均匀炸药冲击起爆和起爆后行为所获得的实验结果,但不涉及其冲击起爆条件。Campbell等人的实验表明,足够强的冲击波进入硝基甲烷后,经过若干微秒的感应时间,爆轰发生在隔板与炸药间的界面处。这就是说,在均匀炸药中,足够强的冲击虽非瞬时但直接（指不经过其它过程,如爆燃）引发了爆轰。重新处理后的实验数据表明：硝基甲烷起爆后,爆轰波的净爆速小于正常爆速;当进入硝基甲烷的初始冲击波的有效压力p_eff由8.82 GPa升至12.14 GPa时,感应时间t_ind的实验值由3.06 μs降至0.705 μs。以两相的排平（A,m）物态方程描述爆轰产物,较为严格地重新推导了基于热起爆理论的估算感应时间t_ind的公式。在上述p_eff的变化范围内,t_ind的理论值则由248 μs降至0.99 μs,明显地高于实验值。这表明,热起爆理论不适于描述硝基甲烷的冲击起爆行为。从本质上讲,热起爆理论对均匀炸药的冲击起爆行为的描述,不符合物质运动的微观图像,因此,它不适于描述均匀炸药的上述行为。