Определение термодинамических свойств

[green_fly 1]

Добрый день.

Разработаю термодинамически согласованное уравнение состояния для вещества в широком диапазоне температур и давлений.

Проведу валидацию на экспериментальных данных.

Проведу расчет термодинамических свойств, необходимых для проведения гидро/газодинамических, прочностных и других типов расчетов (плотность, теплоемкость, скорость звука, коэффициент объемного расширения и т.д.).

Есть опыт для следующих типов веществ:

- Газы и их смеси с учетом термического разложения и ионизации;

- Полимеры, пластики;

- Жидкость - пар с учетом двухфазной области, в т.ч. и жидкие металлы;

- Металлы и сплавы;

- Минералы и горные породы с учетом фазовых переходов.

 

 

[green_fly 1]

В качестве примера - зависимость состава и степени ионизации аргона от температуры и валидация на экспериментальных данных по ударному сжатию. Пунктирными линиями показаны ударные адиабаты для идеального газа с отношением теплоемкостей 5/3. Видно, что учет ионизации позволяет моделировать более сильное сжатие газа.

 

В качестве примера - зависимость состава и степени ионизации аргона от температуры и валидация на экспериментальных данных по ударному сжатию. Пунктирными линиями показаны ударные адиабаты для идеального газа с отношением теплоемкостей 5/3. Видно, что учет ионизации позволяет моделировать более сильное сжатие газа.

 

 

[green_fly 1]

Еще один пример - расчет термодинамических свойств воздуха. На первом рисунке представлены ударные адиабаты, полученные в разных приближениях. Синяя линия соответствует идеальному двухатомному газу. Оранжевая линия соответствует смеси двух двухатомных газов с возбуждением колебательных степеней свободы. Красная линия соответствует детальному химическому равновесию. Красными крестами представлены табличные данные из книги Орленко "Физика взрыва и удара". На втором рисунке представлен состав воздуха в зависимости от силы ударной волны на высоте 23 км. На третьем рисунке представлено сравнение с экспериментальными данными.

[maxx2000 809]

Интерес чисто праздный. В какой области применяются такие расчёты и как оцениваются услуги по таким расчётам? Неужели есть спрос на такой аутсорс, потому как возникает закономерный вопрос. А почему у людей которые используют такие исследования нет своих людей в штате? 

[green_fly 1]

Благодарю за проявленный интерес.

По аргону -  https://ru.wikipedia.org/wiki/Аргон

Воздух, конечно, на нашей планете встречается гораздо чаще.

Услуги оцениваются просто. Но Вам это не нужно.

Про своих людей в штатах ничего сказать не могу.

 

 

[maxx2000 809]

Очень дружелюбно.

Что такое аргон я не спрашивал. Я спросил в какой области науки и техники используют такие расчёты. 

Не желаешь дать ответ о ценообразовании услуг, так и напиши. Но не решай за меня что мне нужно ,а что нет. Как правило это интересно любому потенциальному заказчику-посетителю этой темы. (час\день\неделя\месяц\ разовое задание всё имеет цену)

Я не спрашивал про людей в штатах, а про штатную единицу в организации где могут быть востребованы такие расчёты.

Ты не русский что ли и через гугл-переводчик общаешься?

Edited January 7 by maxx2000

[green_fly 1]

Определитесь, у Вас праздный интерес или Вы потенциальный заказчик?

[maxx2000 809]

Я уже всё сказал. 

[green_fly 1]

Еще один пример - расчет термодинамических свойств керамики карбида кремния в диапазоне температур до 3000К и давлений до 150 ГПа. Сравнение с экспериментальными данными.

 

Ударная адиабата в координатах Давление - Плотность -

Ударная адиабата в координатах Давление - Скорость -

Плотность -

Теплоемкость -

Скорость звука -

Изотермический и адиабатический коэффициент сжимаемости -

Коэффициент объемного расширения -

 

[a_schelyaev 373]

Чем все это отличается от результатов расчета Chemkin или Кинтека?

[green_fly 1]

Добрый день!

 

Насколько я знаю, в Кемкине предполагается, что вещество - идеальный газ. В нем используются полиномиальные зависимости теплоемкости только от температуры. Для жидкостей и твердых веществ в Кемкине обычно забита Cp = const.

 

Результаты для воздуха получены с помощью свободно распространяемого ПО Cantera - аналога Кемкина, предполагаю, что с Кемкином получится похоже. Но надо проверять.

 

Аргон с ионизацией - я считал по модели ионизационного равновесия Саха в достаточно большом интервале температур. Не знаю, есть ли такие полиномы для Кемкина, обычно они до 20 кК.

 

Для керамики здесь - термодинамически согласованное уравнение состояния - все термодинамические функции можно вычислить, зная температуру и плотность (или внутреннюю энергию и плотность). При T = 0 K теплоемкости, энтропия, коэффициент объемного расширения равны нулю.

 

Кинтек(Химический верстак?) не пробовал.

[green_fly 1]

Еще один пример - расчет термодинамических свойств с учетом фазового перехода для кварцита.

Для каждой фазы (стишовит и альфа-кварц) используется термодинамически согласованное уравнение состояния, обеспечивающее S = 0, Cv = 0, Cp = 0 при T = 0. Граница фазового перехода определяется равенством потенциалов Гиббса фаз. На первом рисунке представлена зависимость скорости звука от удельного объема для нескольких изотерм. Стишовит (более плотная фаза) слева, альфа-кварц - справа. Видно, что скорость звука претерпевает разрыв и резко снижается в 5-10 раз при входе в двухфазную область. Такое поведение может приводить к расщеплению ударных волн и волн разрежения, распространяющихся по веществу.

 

На втором рисунке представлены результаты моделирования изоэнтропического расширения в координатах скорость-давление. Начальное состояние лежит на ударной адиабате и соответствует более плотной фазе (стишовит). В ходе расширения наблюдается фазовый переход в менее плотную фазу (альфа-кварц). Наблюдается изменение наклона кривых при входе в двухфазную область, связанное с резким скачком скорости звука и коэффициента Грюнайзена. Приведено сравнение с экспериментальными данными.

Полученное уравнение состояния может быть использовано при моделировании процессов в геологических, геохимических, геологоразведочных, сейсмических задачах, а также задачах астероидной безопасности.

[green_fly 1]

Еще один пример - расчет термодинамических свойств продуктов взрыва классических взрывчатых веществ.

 

На первом рисунке представлены результаты моделирования изоэнтропического расширения продуктов взрыва ТНТ из точки Чэпмена-Жуге, полученные с помощью различных уравнений состояния. Значения давления, удельной внутренней энергии, температуры, квадрата скорости звука отнесены к значениям в точке Чэпмена-Жуге. Крестами представлены результаты, полученные с помощью CHEETAH. Кругами представлены результаты, полученные с помощью JWL. Пунктирными линиями представлены тепловые составляющие давления и внутренней энергии.

 

На втором рисунке представлены результаты валидации на экспериментальной зависимости давления в точке Чэпмена-Жуге от начальной плотности ВВ.

 

На третьем рисунке представлены результаты валидации на экспериментальных данных по повторному сжатию ПВ.


 

[green_fly 1]

Моделирование термодинамических свойств полиуретана различной пористости.

 

Ударные адиабаты в координатах Давление - Плотность. Видно аномальное поведение ударных адиабат при сжатии пористых образцов, подробно описанное в монографии Зельдовича и Райзера.

 

Ударные адиабаты в координатах Давление - Скорость.

 

Ударные адиабаты(сплошные линии) и изэнтропы разгрузки(штриховые линии). Сравнение с результатами расчетов Мэйдера по уравнению состояния BKW.

 

Теплоемкость для нескольких изобар, сравнение с экспериментальными данными.

 

Энтропия для нескольких изобар.

 

Коэффициент объемного расширения для нескольких изобар.

 

[green_fly 1]

Еще один пример - моделирование термодинамических свойств воды, снега, льда при высоких давлениях.

Несмотря на большое количество фаз, удалось описать термодинамические свойства в рамках одной фазы. Неудовлетворительно моделируется сжатие льда при низких начальных температурах(100 К).

Зависимость температуры от давления при ударноволновом сжатии, сравнение с экспериментальными данными.

Ударные адиабаты воды, снега различной пористости, льда и результаты двойного ударного сжатия в координатах Давление - Скорость.

Ударные адиабаты в координатах Даление - Удельный объем.

Зависимость скорости звука в воде от плотности при ударном сжатии.