高温高压下爆轰产物中不同种分子间的相互作用

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．61，No．23(2012)230509高温高压下爆轰产物中不同种分子间的相互作用水赵艳红十刘海风张其黎(北京应用物理与计算数学研究所，北京100094)(2012年6月21日收到；2012年6月29日收到修改稿)给出了一种由特殊炸药的爆轰参数确定不同种分子问势函数参数的方法：由基于统计物理的爆轰产物物态方程程序类CHEQ，计算炸药RX一23一AB，HNB和PETN的爆轰参数，反推分子间的相互作用．给出了炸药主要爆轰产物H2O，CO2和N2之间的非理想混合修正系数：kN2．H2O=1．03，kN2．CO2=1．0

2、35，kn2O．CO2=0．96，将本文确定的不同种分子问势函数参数用于计算炸药PBX9404的超高压雨贡纽，获得了与实验一致的结果，验证了方法和参数的合理性．关键词：高温高压，不同种分子，类CHEQI．ACS：O5．70．Ce多双组分系统中都观察到此种现象．但是这类实1引言验由于技术的限制，压力和温度都未达到爆轰环境下的条件．而炸药的爆轰能达到较高的压力(P=大多数凝聚态炸药最基本的组成是C，H，N1—10OGPa)和温度(T=1000--5000K)范围，为和O原子，大量的数值模拟[1】结果表明，这类炸药研究高温高压下不同种分子之间的相互作用提供在C

3、hapman．Jouguet(CJ)爆轰后主要生成N2，C02，了可能．H2O和游离态的碳，还有少量的CO，NH3，H2，CH4，本文分析了特殊炸药RX．23．AB，HNB和NO，O2等．这些产物分子间的相互作用对各种理PETN的性质，发现在CJ爆轰时，RX．23．AB的主要论模型的计算结果起着至关重要的作用．为此美国产物是N2和H2O，HNB的主要产物是N2和C02，各大实验室投入大量的人力物力【]研究这些产物PETN的主要产物是H2O，CO2及少量的N2．为此，的冲击压缩特性，并由此确定同种分子间相互作用选择这三种炸药研究高温高压下N2和H2O，N2

4、势．但是，在爆轰产物中不同种分子间的相互作用和CO2，H2O和CO2分子之间的相互作用．要比同种分子之间的相互作用多得多．在早期的研本文由基于统计物理的爆轰产物物态方程程究中，不同种爆轰产物分子间相互作用势参数一般序类CHEQ[6_9】计算这三种炸药的爆轰参数，反由推广的Lorent．Berthelor组合规则求出混合修推不同种分子之间的相互作用，得到较好的结果．正系数均取为1，即认为不同分子之间是理想混合．类CHEQ程序采用vanderWaalsone．fluid(vdWlf)但实验和理论模拟表明，在一定的温度和压力下，模型和硬球微扰理论软球修正模型描

5、述爆轰产物不同分子之间并非理想混合，而是出现超临界流体中的气体组分，此模型能很好地描述这些组分的冲相的分离．击Hugoniot性质．在爆轰环境下，组分的热力学性1894年vanderWaals[4】首次从理论上预测了质主要由短程排斥作用力决定，通常分子相互作用超临界流体相分离的存在，半个世纪以后实验证势取Lennard．Jones势(L．J势)，L_J势仅含两个势参实了他的猜想．从Krichevskii[5]首次在N2一NH3系数，易于实验测定，但它不能包括多体相互作用．为统中发现超临界流体相分离后，科学家们又在很了能较准确地描述分子产物间的多体相互作用

6、，本}国家自然科学基金(批准号：11102026)和中国工程物理研究院科学技术发展基金(批准号：2009A0101004，2010B0102016)资助的课题tE—mail：zhao_yanhong@iapcm．ac．cn⑥2012中国物理学会ChinesePhysicalSocietyhttp：ffwulixb．咖hy．ac．cn万方数据230509—1物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．61，No．23(2012)230509文采用Exponential-6(Exp一6)形式的球对称等效势，z7：n．。(＼4。)，它含有三个势参数，三参数的势形

7、式更灵活，能较为精确地描述体系分子间的相互作用，且排斥部分(4)式中?i，mt，ktf为修正系数．理想混合时所有是指数形式，与分子束散射实验的结果一致[1o]，并的lit=mij=kit=1．其中H20，CO2，CO，N2，在一定程度上描述分子间的多体相互作用[11]．O2，NH3，H2，CH4，NO等爆轰产物单一气相产物的势参数见表1．为计算气体组分的化学势(=OA／Oni)，本2理论模型简介文在Ross硬球微扰理论软球修正模型[14,15】中采用等效分子势咖(r)，自由能的表达式为考虑一个有t种可能组分的系统，包括s种气体，P种固体，则系统的Gibb

8、s自由能G可表示为A~