基于统计物理的爆轰产物物态方程研究

炸药爆轰产物物态方程是炸药做功能力的主要表征参数之一，基于炸药产物组分的化学平衡模型（类CHEQ）比原来经验模型更准确地描述了产物的做功能力。目前类CHEQ已经在较大的温度和密度范围内，给出了炸药理想爆轰时与实验相符的结果，但在计算炸药非理想爆轰性质时，出现了与实验不符的现象。.本项目拟在原来理想爆轰模型的基础上，考虑非理想爆轰条件下超临界流体相的分离、特殊材料势函数参数的确定、碳的非平衡效应、炸药的不完全燃烧等内容，完善类CHEQ程序的科学内容和计算能力，建立一套完整的研究爆轰产物物态方程的理论框架和行之有效的计算方案，并具体以RDX、PBX9404和LX-17等典型炸药为例，使之适用于研究所有炸药爆轰产物的宽范围物态方程。.本项目的研究将爆轰产物物态方程从经验性关系提高到基于物理基础的理论研究。研究成果将会加深对炸药爆轰机理的认识，促进爆炸与冲击学科的发展。

本项目借鉴了美国公开发表的CHEQ资料，采用并完善了其物态方程模型：（1）化学平衡方程组：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，本项目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）气相产物物态方程：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物态方程。相比于CHEQ程序，本项目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）固相产物物态方程：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，本项目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，自主研制了计算爆轰产物物态方程的程序-类CHEQ。.本项目总结了分子产物在高温高压下离解为原子产物的规律、不同种分子（原子）之间的作用规律，对爆轰产物中碳的存在形态和状态方程形成新的认识；研究了多种敏感和钝感炸药CJ点的爆轰参数，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，适用范围较广；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，JWL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，本项目的计算结果更加合理；研究了等温过程和超高压过程，计算结果与Sesame库和实验数据均符合较好。.本项目可以对任意的炸药（只要提供炸药的分子式和生成焓）进行计算，具有较强的预测能力，对研制新的炸药很有帮助。