Jump to content

Определение термодинамических свойств


Recommended Posts

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.

 

 

  • Нравится 1
Link to post
Share on other sites


UnPinned posts

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.

6a90307a5bc90966dcd8070c36010f78.jpeg

 

0a6b318eef285269b6b579dc186b00f1.jpeg

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.

 

6a90307a5bc90966dcd8070c36010f78.png

 

0a6b318eef285269b6b579dc186b00f1.png

Link to post
Share on other sites
  • 2 weeks later...
green_fly

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.

48a64e0d0e5cf7f8b31ff99cdb75cf11.png

21fc5fc19f67b2e37597594f0291d844.png

5c71932a034dcd9bdb67e36b41587a5f.png

Link to post
Share on other sites
maxx2000

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? 

Link to post
Share on other sites
green_fly

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.

 

 

Link to post
Share on other sites
maxx2000

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 by maxx2000
Link to post
Share on other sites
green_fly

Определитесь, у Вас праздный интерес или Вы потенциальный заказчик?

Link to post
Share on other sites
maxx2000

Я уже всё сказал. 

Link to post
Share on other sites
green_fly

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 -

e94a99a6eea8b275eddf536ecba7a96f.png

Ударная адиабата в координатах Давление - Скорость -
256f27e5d20c94a569b8fd210202d0d4.png

Плотность -
c330d7f90646cc99966674e3628f47a9.png

Теплоемкость -
5928c2926dcb97f1ce4d991715d081d1.png

Скорость звука -
70d80967328223036f7a53e3b97e78e3.png

Изотермический и адиабатический коэффициент сжимаемости -
93f40997fa336f2c5642693a158e64bf.png

Коэффициент объемного расширения -
b21e1544be5547090261e25f823d9473.png

 

Link to post
Share on other sites
a_schelyaev

Чем все это отличается от результатов расчета Chemkin или Кинтека?

Link to post
Share on other sites
green_fly

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.

Link to post
Share on other sites
green_fly

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.

fea2b10ac792bca8a9ddaca3b8ec2112.png
 

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.
a1c1245ba5e1ae1a904ecb17bd9047b1.png

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

Link to post
Share on other sites
green_fly

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.

03db952293e5421623bf268b3e4a7f30.png

 

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

8039caf07b3b1b744e0a8e0a7f33b8b0.png

 

На третьем рисунке представлены результаты валидации на экспериментальных данных по повторному сжатию ПВ.
fa57718434cb6ced460d657d3a9924cf.png

 

Link to post
Share on other sites

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.
52a314f5606ac67fa2bfedcac7368b2e.png

 

Ударные адиабаты в координатах Давление - Скорость.

9fef8a8407a6cae7a84b2409891f20c2.png

 

Ударные адиабаты(сплошные линии) и изэнтропы разгрузки(штриховые линии). Сравнение с результатами расчетов Мэйдера по уравнению состояния BKW.
41351bf0fa6ff1a658879f1a139439ba.png

 

Теплоемкость для нескольких изобар, сравнение с экспериментальными данными.

48f38e5e2632ff13d7800a52cca763f8.png

 

Энтропия для нескольких изобар.

84da5507aa1e1dc2214e45325c48aabe.png

 

Коэффициент объемного расширения для нескольких изобар.

f95c9bb6fd18149dc7fd23786663982d.png
 

Link to post
Share on other sites

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.
422350ad5967fb261f0e895172b7dbf1.png

Ударные адиабаты воды, снега различной пористости, льда и результаты двойного ударного сжатия в координатах Давление - Скорость.
61b89a243483c0fec6ad58ab72f3e8e6.png

Ударные адиабаты в координатах Даление - Удельный объем.
f602a9564e94c0e5a8cb5a19c2d7cd9c.png

Зависимость скорости звука в воде от плотности при ударном сжатии.
b2a9d91af919e2c20884684e26918502.png

 

Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.



×
×
  • Create New...