Влияние фазовых переходов первого и второго рода на вид ударной адиабаты твердых тел на примере пересечения ударной адиабаты с кривой плавления и с критической изотермой

Влияние фазовых переходов первого и второго рода на вид ударной адиабаты твердых тел на примере пересечения ударной адиабаты с кривой плавления и с критической изотермой

Автор: Козлов А.Н., Рыбаков А.П.

Журнал: Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика @vestnik-pnrpu-mechanics

Статья в выпуске: 3, 2016 года.

Бесплатный доступ

Рассмотрена область вблизи пересечения ударной адиабаты твердого тела и кривой плавления. Последняя описана с помощью уравнения Симона. Влияние фазового перехода первого рода на вид ударной адиабаты проследим на примере пересечения ударной адиабаты твердого тела с его кривой плавления. Влияние перехода второго рода покажем на примере пересечения ударной адиабаты с критической изотермой рассматриваемого вещества. Пересечение ударной адиабаты твердого тела с кривой плавления определяет состояние начала плавления. Пересечение адиабаты жидкости определяет состояние окончания плавления. Определение параметров состояния ударно-сжатого твёрдого тела произведено с помощью законов сохранения массы и импульса на фронте ударной волны и уравнения состояния в форме уравнения Ми-Грюнайзена. В области жидкой фазы в уравнении Ми-Грюнайзена учтено уменьшение тепловой составляющей жидкой фазы вследствие расхода её на плавление твёрдого тела. Развитая модель продемонстрирована для легкоплавких металлов Pb, Bi, Cd, Sn II. Проанализированы экспериментальные данные по изменению с температурой различных физико-химических свойств веществ, подвергнутых воздействию ударных волн. Отмечено, что при температурах, близких к критическим, проявляются особенности в ходе изменения этих свойств с температурой. Модельные результаты, подтверждённые известными экспериментальными данными, показывают, что, во-первых, пересечение ударной адиабаты твёрдого тела с кривой плавления приводит к разрыву ударной адиабаты и последующему уменьшению наклона, например зависимости волновой скорости от массовой скорости. Во-вторых, пересечение ударной адиабаты с критической изотермой приводит к излому зависимости волновая-массовая скорости. Кроме того, при пересечении ударной адиабаты с критической изотермой имеют место особенности в поведении некоторых свойств ударно-сжатого твёрдого тела: излом, перегиб, минимум, максимум в изменении параметров состояния с температурой.

Еще

Твердое тело, ударная адиабата твёрдого состояния, кривая плавления, ударная адиабата жидкого состояния, критическая изотерма

Короткий адрес: https://sciup.org/146211634

IDR: 146211634   |   УДК: 536.421.1:541.117:541.121/123   |   DOI: 10.15593/perm.mech/2016.3.05

Influence of first and second phase transitions on the form of shock adiabate in condensed bodies

The crossing range of a shock adiabate and a melting curve has been considered. The melting curve has been presented by Simon equation. The effect of a first kind phase transition on the form of the shock adiabate has been studied as in the case when the shock adiabate of the solid crosses its melting curve. The crossing of the adiabate of solid and the melting curve determines the beginning of melting state. The crossing of the adiabate of a liquid and melting curve determines the state of the melting termination. The crossing of the shock adiabate and the critical isotherme of a date substance is the example of the effect related to the second kind phase transition on the form of the shock adiabate. The generated model illustrates the behavior of low-melting metals: Pb, Bi, Cd and Sn II. The experimental data of the shocked substances has been analyzed. It is noted that the singularities in change of properties vs temperature possess place upon the critical temperature. The model results have been confirmed by the well-known experimental data. The crossing of the shock adiabate of solid and the melting curve produces a discontinuity of the shock adiabate. A derivative of shock velocity on particle velocity in a liquid range decreases. The crossing of the shock adiabate and the critical isotherme produces a break of a relationship of the shock-particle velocities. The singularities in a change of the properties vs the temperature take place whenever the crossing of the shock adiabate and the critical isotherme is present. There following singularities occur: a break curve, a curve bend, a minimum and a maximum.

Еще

Список литературы Влияние фазовых переходов первого и второго рода на вид ударной адиабаты твердых тел на примере пересечения ударной адиабаты с кривой плавления и с критической изотермой

  • Евдокимова В.В. Некоторые особенности закономерности фазовых P-T диаграмм и полиморфные превращения элементов при высоких давлениях//Успехи физических наук. -1966. -Т. 88, вып. 1. -С. 93-124.
  • Альтшулер Л.В. Применение ударных волн в физике высоких давлений//Успехи физических наук. -1965. -Т. 89, вып. 2. -С. 197-258.
  • Начало физики мегабарных давлений/Л.В. Альтшулер, К.К. Крупников, В.Е. Фортов, А.Н. Фунтиков//Вестник РАН. -2004. -Т. 74, № 11. -С. 1011-1022.
  • Семенченко В.К. Избранные главы теоретической физики. -М.: Просвещение. -1966. -396 с.
  • Глаголев К.В., Морозов А.Н. Физическая термодинамика: учебник. Гл. 7. Равновесие фаз и фазовые превращения . -М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. -URL: http://fn.bmstu.ru/phys/bib/physbook/tom2/ch7/texthtm/ch7.4.htm (дата обращения: 25.12.2014).
  • Разумов В.Ф. Кинетика фазовых переходов . -URL: http://lion.icp.ac.ru/e-learn/razumov/lection07 (дата обращения: 25.12.2014).
  • Теоретическая физика. Т. X. Физическая кинетика. Гл. XII. Кинетика фазовых переходов. §99. Кинетика фазовых переходов первого рода. Образование зародышей . -URL: http://www.scask.ru/booktphys10.php.id=116 (дата обращения: 25.12.2014).
  • Богданов Г.Е., Рыбаков А.П. Аномалии ударной сжимаемости воды//Журнал прикладной механики и технической физики. -1992. -№ 3. -С. 23-26.
  • Rybakov A.P., Rybakov I.A. Polymorphism of shocked water//Eur. Journal of Mechanics, B/Fluids. -1995. -Vol. 14. -No. 3. -P. 323-332.
  • Рыбаков А.П. Особенности фазового превращения воды при ударном сжатии//Прикладная механика и техническая физика. -1996. -Т. 37, № 5. -С. 17-23.
  • Rybakov A.P. Phase transitions of water under shock compression//Latvian Journal of physics and technical sciences. -1993. -№ 5. -P. 23-28.
  • Закритические и соответственные состояния ударно-сжатых конденсированных тел/М.В. Шимановская, М.А. Кочкина, А.Н. Козлов, Н.А. Рыбаков, А.П. Рыбаков//Химическая физика и мезоскопия. -2011. -Т. 13, № 3. -С. 437-443.
  • Влияние фазового перехода первого рода на форму ударной адиабаты твердого тела/В.А. Шишкина, Н.А. Рыбаков, А.Н. Козлов, А.П. Рыбаков//Химическая физика и мезоскопия. -2013. -Т. 15, № 2. -С. 188-182.
  • Журков С.Н. Проблема прочности твердых тел//Вестн. АН СССР. -1957. -№ 11. -С. 66-82.
  • Беляев В.В. Моделирование кинетики накопления и разрушения твёрдых тел в ударных волнах: автореф. дис. … канд. физ.-мат. наук/Ин-т прикл. математики АН СССР. -М., 1991. -21 с.
  • Шимановская М.В., Рыбаков Н.А., Рыбаков А.П. Превращение воды в лед-VII при ударном сжатии//Химическая физика и мезоскопия. -2010. -Т. 12, № 2. -С. 276-280.
  • Разумов В.Ф. Термодинамика фазовых переходов . -URL: http://lion.iop.ac.ru/e-learn/razumov/lection03/(дата обращения: 25.12.2014).
  • Compendium of shock wav data/Ed. Van J Thiel. -Lowrence Radiation Labolatory. -Livermore: California University Press. -1966. -1030 p.
  • Жарков В.Н., Калинин В.А. Уравнение состояния твердых тел при высоких давлениях и температурах. -М.: Наука, 1968. -311 с.
  • LASL. Shock Hugoniot Data/Ed. Marsh-Berkely. -Univ. California Press, 1980. -948 p.
  • Mitchell A.C., Nellis W.J. Shock compression of aluminum, copper and tantalum//J. Appl. Phys. -1981. -Vol. 52. -No. 5. -P. 3363-3374.
  • Los Alamos Shock Wave Profile Data/Ed. C.E. Morris Berkeley etc. -Univ. of California Press, 1982. -488 p.
  • Трунин Р.Ф., Гударенко Л.Ф., Жерноклетов М.В. Экспериментальные данные по ударно-волновому сжатию и адиабатическому расширению конденсированных вещест; под ред. Р.Ф. Трунина. -2-е изд., перераб. и доп./РФЯЦ-ВНИИЭФ. -Саров, 2006. -530 с.
  • Рыбаков А.П. Твердые тела в условиях давлений и температур ударного сжатия/ЦНИИ Атоминформ. -М., 1978. -88 с.
  • Simon F.F., Glatzer G.//Z. Anorg. und allgem. Chem. -1929. -Vol. 178. -P. 309.
  • Salter L. The Simon Melting Equation//Phil. Mag. -1954. -Vol. 45. -P. 369-378.
  • Стишов С.М. Плавление при высоких давлениях//Успехи физических наук. -1968. -Т. 96, Вып. 3. -С. 467-495.
  • Babb, Stanley E. JR. Parameters in the Simon Equation Relating Pressure and Melting Temperature//Reviews of Modern Physics. -1963. -Vol. 35. -No. 2. -P. 400-413.
  • Staff of industrial and engineering Chemistry. Thermodynamic properties of elements. № 18. Advances in chemistry series. -Washington: Amer. Chem. Soc., 1956. -234 p.
  • Урлин В.Д., Иванов А.А. О плавлении при сжатии ударной волной//Докл. АН СССР. -1963. -Т. 149, № 6. -С. 1303-1306.
  • Урлин В.Д. Плавление при сверхвысоких давлениях, полученных в ударной волне//Журнал экспериментальной и теоретической физики. -1965. -Т. 49, вып. 2 (8). -С. 485-492.
  • Аномальная сжигаемость пористых материалов/С.В. Першин, Г.А. Ададуров, В.С. Трофимов, А.Н. Дрёмин//Физика горения и взрыва. -1968. -Т. 4, № 2. -С. 244-253.
  • Зельдович Я.Б., Фортов В.Е., Ломоносов И.В. Проблемы уравнений состояния вещества в экстремальных условиях//Успехи физических наук. -2014. -Т. 184, № 3. -С. 231-246
  • Рентгенографические исследования процесса разлета легкоплавких металлов при выходе ударной волны на их свободную поверхность/С.А. Бородулин, А.И. Бричиков, К.В. Волков, Ю.В. Ольховский, А.П. Рыбаков//Физика твердого тела. -1976. -Т. 18. -С. 2814-2816.
  • Rybakov A.P., Rybakov I.A. Reaction of condensed matter to extremely short-duration and intense loading. Strength of solids and liguids under dynamic damage//Eur. J. Mech., B. Fluids. -1995. -Vol. 14. -No. 2. -P. 197-205.
  • Rybakov A.P. Spall in non-one-dimensional shock waves//Int. J.of Impact Eng. -2000. -Vol. 24. -P. 1041-1082.
  • Asay J.R., Graham R.A., Struab G.K. Shock waves in condensed matter. -1983. -Part 2. -P. 91, 95.
  • Brown J.M., McQueen R.G., Geophys J. Res. 91, B7, 7485-7494 (1986).
  • Hixson R.S., Boness D.A., Shaner J.W. Acoustic velocities and phase transition in molibdenum under strong shock compression//Phys. Rev. Lett. -1989. -Vol. 62. -P. 637.
  • Kanel G.I. Goel, B., Baumung K. Shock-wave physics with intense ion beams//Shock compression of condensed matter, 1997. -P. 155.
  • Осипов Р.С., Фунтиков А.И., Цыганов В.А. Определение термодинамических параметров ударного сжатия свинца, олова, меди и никеля по их плавлению в ампулах сохранения//ТВТ. -1998. -Т. 36, № 4. -C. 590-595.
  • Жиембетов К.И. Плавления в волне разгрузки при ударно-волновом сжатии//Shock waves in condensed matter: тез. междунар. конф. 18-23 июля 2004. -СПб., 2004. -С. 124.
  • Забабахин Е.И. Некоторые вопросы газодинамики взрыва/РФЯЦ-ВНИТИФ. -Снежинcк, 1997. -203 с.
  • Walsh J.M., Russel H.C. Equation of State of Metals from Shock Wave Measurements//Physical Review. -1955. -Vol. 97. -No. 6. -P. 1544-1556.
  • Shock-Wave Compression of Twenty-Seven Metals/J.M. Walsh, M.H. Rice, R.G. McQueen //Physical Review. -1957. -Vol. 108. -No. 2. -P. 196-216.
  • Ударная адиабата в закритической области/В.А. Огарков, В.П. Ратников, А.П. Рыбаков, С.В. Самолов, И.В. Санин//Журнал физической химии. -1972. -Т. XLVI, № 7. -С. 1658-1660.
  • Morel V., Bultel A., Chéron B.G. The critical temperature of aluminum//International Journal of Thermophysics. -2009. -No. 30 (6). -P. 1853-1863.
  • Кормер С.Б. Оптические исследования свойств ударно-сжатых конденсированных диэлектриков//Успехи физ. наук. -1968. -Т. 94, вып. 4. -С. 641.
  • Кикоин И.К., Кикоин А.К. Молекулярная физика. -М.: Физматгиз, 1963. -473 с.
  • Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т.V. Статическая физика. -М.: Наука, 1964. -657 с.
  • Skidmore J.C. An introduction to shock waves in solids//Appl. Mater. Res. -1965. -Vol. 4. -No. 3. -P. 131-147.
  • Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. -М.: Наука, 1966. -626 с.
  • Вологжанин О.Ю. Вологжанин Р.О., Рыбаков А.П. Описание процессов в твёрдых телах при ударных нагрузках//Оборонная техника. -2010. -№ 10. -С. 30-35.
  • Кузьмин Н.Н., Черноземцев А.В., Рыбаков А.П. Модели для описания явлений воздействия ударников на панели бронежилета//Изв. ТулГУ. Технические науки. -2014. -Вып. 12. -С. 174-181.
  • High velocity impact phenomena/Ed. R. Kinslow. -N.Y., London: Accd. Press, 1970. -568 p.
Еще
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp