Моделирование разогрева энергетических материалов
Автор: Ковалев Юрий Михайлович, Помыкалов Евгений Валерьевич, Шершнева Ольга Алексеевна
Рубрика: Физика
Статья в выпуске: 2 т.14, 2022 года.
Бесплатный доступ
Анализ известных приближений для описания зависимости теплоемкости при постоянном объеме энергетических материалов (молекулярные кристаллы) от температуры кристалла показал, что существуют надежные аппроксимации зависимости теплоемкости при постоянном объеме, не требующие проведения сложных квантово-механических расчетов для определения частот нормальных колебаний как межмолекулярных, так и внутри молекулы. Для получения зависимости тепловой части внутренней энергии молекулярного кристалла, которая отвечает за разогрев материала, от температуры требуется проинтегрировать по температуре выражение теплоемкости при постоянном объеме. В данной работе были проведены расчеты зависимости тепловой части внутренней энергии молекулярного кристалла для случая, когда она вычисляется через частоты нормальных колебаний, и случая, когда она вычисляется путем интегрирования теплоемкости при постоянном объеме по температуре при помощи аппроксимационных формул. При решении спектральной задачи по определению частот нормальных колебаний внутри молекулы были использованы квантово-химические методы РМ-3 и DFT. В работе представлены зависимости тепловой части внутренней энергии молекулярных кристаллов от температуры, рассчитанные для разных способов определения, и проведен сравнительный анализ, который показал, что различие составляет менее 1 %.
Уравнение состояния, молекулярный кристалл, энергиягельмгольца, постоянная планка, постоянная больцмана, приближение дебая, приближение эйнштейна
Короткий адрес: https://sciup.org/147237463
IDR: 147237463
Список литературы Моделирование разогрева энергетических материалов
- Сон, Э.Е. Современные исследования теплофизических свойств веществ (на основе последних публикаций в ТВТ) (Обзор)/ Э.Е. Сон // Теплофизика высоких температур. - 2013. -Т. 51, № 3. - С. 392-411.
- Исследования теплофизических свойств веществ и материалов в Новосибирском научном центре СО РАН в 2002-2012 годах / С.В. Станкус, Р.А. Хайрулин, В.Г. Мартынец, П.П. Безверхий // Теплофизика высоких температур. - 2013. - Т. 51, № 5. - С. 769-786. DOI: 10.7868/S0040364413050207
- Hydrostatic and uniaxial compression studies of 1,3,5-triamino- 2,4,6- trinitrobenzene using density functional theory with van der Waals correction / M.M. Budzevich, A.C. Landerville, M.W. Conroy et al. // J. Appl. Phys. - 2010. - Vol. 107, Iss. 11. - p. 113524.
- Rykounov, A.A. Investigation of the pressure dependent thermodynamic and elastic properties of 1,3,5-triamino-2,4,6-trinitrobenzene using dispersion corrected density functional theory / A.A. Rykounov // J. Appl. Phys. - 2015. - Vol. 117, Iss. 21. - P. 215901.
- A molecular dynamics simulation study of crystalline 1,3,5-triamino-2,4,6- trinitrobenzene as a function of pressure and temperature / D. Bedrov, O. Borodin, G.D. Smith et al. // J. Chem. Phys. -2009. - Vol. 131, Iss. 22. - p. 224703.
- Andersen, H.C. Molecular Dynamics Simulations at Constant Pressure and/or Temperature / H.C. Andersen // J. Phys. Chem. - 1980. - Vol. 72, Iss.4. - p. 2384.
- Parrinello, M. Polymorphic Transitions in Single Crystals: A New Molecular Dynamics Method / M. Parrinello, A. Rahman // J. Appl. Phys. - 1981. - Vol. 52, Iss. 12. - P. 7182. DOI: 10.1063/1.328693
- Wei, Y.S. Equations of State for the Calculation of Fluid-Phase Equilibria / Y.S. Wei, R.J. Sadus // J. Am. Inst. Chem. Eng. - 2000. - Vol. 46, Iss. 1. - P. 169-196. DOI: 10.1002/aic.690460119
- Хищенко, К.В. Исследование уравнений состояния материалов при высокой концентрации энергии / К.В. Хищенко, В.Е. Фортов. // Известия Кабардино-Балкарского государственного университета. - 2014. - Т. IV, № 1. - С. 6-16.
- Канель, Г.И. Ударно-волновые явления в конденсированных средах / Г.И. Канель, С.В. Разоренов, А.В. Уткин, В.Е. Фортов. - М.: «Янус-К», 1996. - 407 с.
- Ковалев, Ю.М. Определение температурной зависимости изобарического коэффициента объемного расширения для некоторых молекулярных кристаллов нитросоединений / Ю.М. Ковалев // Инженерно-физический журнал. - 2018. - Т. 91, № 6. - С. 1653-1663.
- Ковалев, Ю.М. Уравнения состояния для описания изотермического сжатия некоторых молекулярных кристаллов нитросоединений / Ю.М. Ковалев // Инженерно-физический журнал. -2020. - Т. 93, № 1. - С. 229-239.
- Ковалев, Ю.М. Определение температурной зависимости теплоемкости для некоторых молекулярных кристаллов нитросоединений / Ю.М. Ковалев, В.Ф. Куропатенко // Инженерно-физический журнал. - 2018. - Т. 91, № 2. - С. 297-306.
- Кларк, Т. Компьютерная химия. - М.: Мир, 1990. - 381 с.
- Степанов, Н.Ф. Квантовая химия сегодня / Н.Ф. Степанов, Ю.В. Новаковская. // Рос. хим. журнал. - 2007. - Т. LI, № 5. - С. 5-17.
- Gibbs, T.R. Last Explosive Property Data. Los Alamos Series on Dynamic Material Properties / T.R. Gibbs, A. Popolato. - Berkeley, Los Angeles, London: University of California Press,1980.
- Щетинин, В.Г. Расчет теплоемкости органических веществ в ударных и детонационных волнах / В.Г. Щетинин // Химическая физика. - 1999. - Т. 18, № 5. - С. 90-95.
