Прецизионные модели ударных адиабат и база ТЕФИС тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.18, кандидат физико-математических наук Иванченко, Евгений Сергеевич

• Иванченко, Евгений Сергеевич
• кандидат физико-математических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Иванченко, Евгений Сергеевич

Оглавление.

Глава 1. Введение.!.

Параграф 1. Возникновение задачи.

Параграф 2. Методики проведения экспериментов.

Смещение поршня.

Алмазные наковальни (АН).

Изоэнтропическое сжатие.

Атомные пучки (АП).

Ударные сжатия.

Метод торможения.

Метод у-репера [16].

Метод отражения.

Сравнительная сжимаемость.1В

Двукратное ударное сжатие.

Уравнение состояния.

Параграф 3. Проблема анализа точности.

Параграф 4. Знакомство с базой ТЕФИС.

Глава 2. Термодинамика в базе ТЕФИС.

Параграф 1. Используемые модели.

Параграф 2. Модель Томаса-Ферми с квантовой и обменной поправками.

Модель Томаса-Ферми.

Квантово-статистическая модель (КСМ).

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Прецизионные модели ударных адиабат и база ТЕФИС»

Смеси элементов.30

Параграф 3. Модель ионизационного равновесия.31

Флуктуирующее микрополе.31

Модель Хольцмарка и ее уточнения.'.32

Обобщенные уравнения Саха с учетом вырождения.34

Термодинамические функции.36

Параграф 4. Квазизонная интерполяция.38

Глава 3. Ударные адиабаты.42

Параграф 1. Ударные адиабаты.42

Параграф 2. Квантово-статистические ударные адиабаты.52

Параграф 3. Расчет квантово-статистических ударных адиабат в пористых веществах. 53

Параграф 4. Оценка экспериментальных данных.54

Параграф 5. Широкодиапазонные ударные адиабаты.55

Параграф 6. Широкодиапазонные ударные адиабаты в пористых веществах.58

Глава 4. Оценка экспериментальной точности.61

Параграф 1. Предпосылки.61

Параграф 2. Статистическая обработка.62

Параграф 3. Определение «плохих» точек.66

Параграф 4. Метод повышения точности.67

Глава 5. Архитектура комплекса.71

Параграф 1. Общая архитектура комплекса.71

Параграф 2. База данных.72

Выбор базы.73

Разработка базы данных.74

Схема базы данных.76

Параграф 3. Пользовательский интерфейс.80

Оконный интерфейс.80

Программный интерфейс.83

Параграф 4. Сценарий использования комплекса ТЕФИС.84

Параграф 5. Реализации моделей.85

Параграф 6. Сравнение с существующими проектами.86

Open Sesame.86

База данных Института Теплофизики Экстремальных Состояний.87

Заключение.88

Заключение.90

Опубликованная литература.91

Апробация работы:.91

Глава 6. Приложение.92

Параграф 1. Таблицы.92

Параграф 2. Графики широкодиапазонных ударных адиабат.100

Параграф 3. Графики начальных участков ударных адиабат.109

Список литературы.141

Заключение диссертации по теме «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ», Иванченко, Евгений Сергеевич

Основные результаты работы:

• Разработаны методы и реализованы алгоритмы прецизионного вычисления ударных адиабат на основе таблиц термодинамических величин.

• Разработаны методы и реализованы алгоритмы прецизионного расчета широкодиапазонных ударных адиабат на основе заранее рассчитанных теоретических ударных адиабат и совокупности экспериментальных данных.

• Разработаны методы статистического анализа экспериментальных данных с объективной оценкой их фактической точности.

• Реализован, а главное объединен в один комплекс, целый ряд алгоритмов расчета математических моделей теплофизических свойств веществ в экстремальных состояниях.

• Создана пополняемая база данных ТЕФИС, объединившая в себя все доступные на сегодняшний день компендиумы. С открытым форматом и с жестко определенной схемой.

• Создана единая система управления комплексом, позволяющая проводить все расчеты и операции сданными в интегрированной системе.

Опубликованная литература.

Al] Е. С. Иванченко, Н. Н. Калиткин, Л.В. Кузьмина "Главные ударные адиабаты в базе теллофизических свойств веществ (ТЕФИС)", Москва, Математическое моделирование том 20. Номер б, стр. 99-110. 2008. [А2] Е. С. Иванченко, Н. Н. Калиткин, Л.В. Кузьмина "Квантово-статистический расчет термодинамики и ударных адиабат", Москва, Математическое моделирование том 20. Номер 7, стр. 30-44. 2008. [A3] TEFIS - Database on Thermophysical Properties of Substances under Extreme conditions. E.S. Ivanchenko, N.N. Kalitkin, I.A. Kozlitin, L.V.Kuzmina, K.I.Lutskiy, l.A. Panin

A4] E.C. Иванченко, H.H. Калиткин. Глобальные ударные адиабаты пористых веществ и база ТЕФИС. с. 142-143. XI Харитоновские чтения. Сборник тезисов докладов. 2009 г. Саров. [А5] E.S. Ivanchenko, N.N. Kalitkin Wide-range Hugoniots of Porous Substances and the TEFIS database, p. 143-144. XI Харитоновские чтения. Сборник тезисов докладов. 2009 г. Саров. [А6] Иванченко Е.С. Калиткин Н.Н. Интерпретация ударно волновых данных в базе ТЕФИС. Математическое Моделирование. Том 22, №1, 2010 г. Москва.

Апробация работы:

• 3rd Moscow Workshop on Targets and Applications, October, 2007 Moscow, Russia.

• International Workshop «Numerical Analysis and Scientific Computing» (NASCom'08) 13-17 октября 2008, Ростов-на-Дону.

• Physics of high-energy density in matter. November 24-25 2008. Москва.

• XI Харитоновские научные чтения. Экстремальные состояния вещества. Детонация. Ударные волны. 2009 г. Саров.

Заключение.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Иванченко, Евгений Сергеевич, 2009 год

1. Бриджмен, П.В. Твердые тела под высоким давлением., Д. Варшауэра, В. Пол, Eds. / Москва, СССР: Мир, 1966.

2. Н. Н. Калиткин, Л. В. Кузьмина, "Проверка моделей вещества в экспериментах по сжатию.," АН СССР, Москва, препринт №116 1985.

3. F. P. Bundy. Design and development of apparatuses to achieve the highest possible static pressure. //X AIRAPT International high pressures conference, 1986, p. 42-51.

4. Тезисы докладов. // Всесоюзное совещание "Координате чувствительные фотоприемники и оптико-электронные устройства на их основе", 1985.

5. Н. Н. Калиткин, В. Б. Леонас, И. Д. Родионов, "Сжимаемость водорода при высоких давлениях," АН СССР, Москва, препринт №127 1985.

6. I. F. Silvern. New phases of molecular and atomic hydrogen under extreme conditions. // Europ. Phys. News., 1982, т. 13, №. 8-9, с. 4-6.

7. Ф. В. Григорьев, С. Б. Кормер, О. Л. Михайлова, А. П. Толочко, В. Д. Урлин. Уравнение состояния молекулярного водорода; о фазовом переходе в металлическое состояние. // ЖЭТФ, 1978, т. 75, №. 5(11), с. 1683-1692.

8. В. Б. Леонас, И. Д. Родионов. Исследования высокоэнергетического рассеяния атомов и молекул. //УФН, 1985, т. 146, №. 1, с. 7-34.

9. М. Ross, F. Н. Ree, D. A. Young. The equations of state of molecular hydrogen at very high densith. //J. Chem. Phys., 1983, т. 79, №. 3, с. 1487-1494.

10. Жирков B.H. Динамическин исследования твердых тел при высоких давлениях. / Сборник Москва: Мир, 1965. - 236 с.

11. Я В. Алыпшулер. Приминение ударных волн в физике высоких давлений. // УФН, 1965, т. 85, №. 2, с. 197-258.12. 77. В. Альтшулер, Б. Н. Моисеев, Л. В. Попов, Г. В. Симонов, Р. Ф. Трунин.

12. Сравнительная сжимаемость железа и свинца при давлениях 31-34 Мбар. // ЖЭТФ, 1968, т. 34, №. 3, с. 785-789.

13. Р. Ф. Трунин, М. А. Подурец, Г. В. Симонов, Л. В. Попов, Б. Н. Моисеев. Экспериментальная проверка модели Томаса-Ферми для металлов при высоких давлениях. // ЖЭТФ, 1972, т. 62, №. 3, с. 1043-1048.

14. Е. Н. Аврорин, Б. К. Водолага, Л. П. Волков, А. С. Владимиров, В. А. Симоненио, Б. Т. Черноволюк. Ударная сжимаемость свинца, кварца, аллюминия и воды при давлении ~100Мбар. // ЖЭТФ, 1980, т. 31, №. 12, с. 727-729.

15. Е. Н. Аврорин, Б. К. Водолага, Н. П. Волошин, В. Ф. Куропатенко, Г. В. Коваленко, В. А. Симоненко, Б. Т. Черноволюк. Экспериментальное подтверждение оболочечных эффектов на ударных адиабатах аллюминия и свинца. // ЖЭТФ, 1986, т. 43, N9. 5, с. 241-244.

16. В. А. Симоненко, Н. П. Волошин, А. С. Владимиров, А. П. Нагибин, В. Н. Ногин, В. А. Попов, В. А. Сальников, Ю. А. Шойдин. Абсолютное изменение сжимаемости алюминия при давлениях ~1ТПа. // ЖЭТФ, 1985, т. 88, №. 4, с. 1452-1459.

17. М. van. Thiel, "Compendium of shock wave data.," Lawrence Livwermore National laboratory, CA, Report 50108,1977.

18. S.P. Marsh. LASL shock Hugoniot data. / Los Angeles London: University of California Press, Berkley, 1980.

19. J. P. Romain, F. Cottet, M. Hallouin, R. Fabbro, B. Faral, H. Pepin. Laser shock experiments at pressures above 100 Mbar. // X AIRAPT International high pressure conference, 1986, p. 595-598.

20. В. E. Фортов, И. Т. Якубов. Физика неидеальной плазмы. / Черноголовка, СССР: ОИХФ АН СССР, 1984. 263 с.

21. W. J. Nellis, А. С. Mitchell, М. van Thiel, G. J. Devine, R. J. Trainor. Equations-of-state data for molecular hydrogen and deuterium at shock pressure in range 2-76 Gpa (20-760 Kbar). //J. Chem. Phys., 1983, т. 79, №. 3, с. 1480-1486.

22. W. J. Nellis, N. C. Holmes, A. C. Mitchell, R. J. Trainor, G. K. Governo, M. Ross, D. A. Young. Shock compression of liquid helium to 56 Gpa (560 kbar). // Phys. Rev. Letters, 1984, т.53, №. 13, с. 1248-1251.

23. Et. al. //X AIRAPT International high pressure conference, 1986, v. 139-140.

24. Я. Б. Зельдович. Об исследовании уравнения состояния с помощью мезанических измерений. // ЖЭТФ, 1957, т. 32, №. 2, с. 1577-1578.

25. В. Е. Фортов. Уравнения состояния конденсированных сред. // ПМТФ, 1972, №. 6, с. 156-166.

26. Online]. http://en.wikipedia.orR/wiki/Los Alamos National Laboratory

27. Online]. http://en.wikipedia.org/wiki/Lawrence Livermore National Laboratory

28. Л. В. Альтшулер, К. К. Крупников. История советского атомного проекта: (40-е и 50-е годы). // Международный научный симпозиум ИСАП-96, 1997, р. 184-191.

29. Р. Ф. Трунин, Ed. Экспериментальные данные по ударно-волновому сжатию и адиабатическому расширению конденсированных веществ., 2nd изд. / Саров, Россия, 2006.

30. База данных Института Теплофизики Экстремальных Состояний. Online]. http://www.ihed.ras.ru/rusbank/

31. Н. Н. Калиткин, Л. В. Кузьмина. Ударные адиабаты 83 веществ. // Химическая физика., 1999, т. 18, №. 10, с. 74-78.

32. Н. Н. Калиткин, Л. В. Кузьмина, "Таблицы термодинамических функций вещества при высоких концентрациях энергий.," ИПМ, Москва, Препринт 1975.

33. S. P. Rothman, А. М. Evans, R. Т. Eagleton, L. В. Pearson. Material properties experiments using AWE high power laser. // Int. J. Impact Eng., 1999, т. 20, с. 803.

34. H. H. Калиткин. Модели вещества в экстремальном состоянии. // Математическое Моделирование; Физикохимические свойства веществ., 1989, с. 114-167.

35. А. Киржниц. О границе применимости квазиклассического уравнения сотстояния вещества. // ЖЭТФ, 1958, т. 35, №. 6(12), с. 1545-1557.

36. А. Ф. Никифоров, В. Г. Новиков, В. Б. Уваров. Квантово-статистические моделивысокотемпературной п'лазмы. Методы расчета росселандовых пробегов и уравнений состояния. / Москва: Физматлит, 2000.

37. Д. А. Киржниц. Квантовые поправки к уравнению Томаса-Ферми. // ЖЭТФ, 1957, т. 32, №. 1, с. 115-123.

38. Н. Н. Калиткин, Л. В. Кузьмина, "Квантово-статистическое уравнение состояния и ударные адиабаты," ИПМат, Москва, препринт №14 1976.

39. Д. А. Киржниц, Г. В. Шпатаковская. // ЖЭТФ, 1995, т. 102, с. 1238.

40. Н. Н. Калиткин, Л. В. Кузьмина. Квантово статистическое уравнение состояния. // Физика плазмы, 1976, т. 2, №. 5, с. 858-868.

41. Н. Н. Калиткин, И. А. Козлитин. Компенсированная микрополевая модель неидеальности плазмы. // ДАН, 2006, т. 411, с. 36-40.

42. Н. Н. Калиткин, Козлитин И. А. Модель квазинезависимых частиц для плазменного микрополя. //ДАН, 2008, т. 418, №. 5, с. 614-618.

43. Н. Н. Калиткин, И. А. Козлитин. Самосогласованная компенсированная микрополевая модель неидеальности плазмы. // Математическое моделирование, 2008, т. 20, №. 1, с. 61-76.

44. Н. Н. Калиткин, И. А. Козлитин. Сравнение детального состава плазмы в различных моделях. // Математическое моделирование, 2008, т. 20, №. 4, с. 69-77.

45. И. А. Козлитин. Моделирование распределения Хольцмарка методом Монте-Карло. // Математическое моделирование, 2008, принято в печать.

46. Н. Н. Калиткин, И. А. Козлитин. Микрополевое обрезание статистических сумм в плазме. // Труды VIII Харитоновских чтений, 2006, р. 252-258.

47. Н. Н. Калиткин, И. А. Козлитин. Микрополе и компенсированная модель неидеальности плазмы. //Труды IX Харитоновских чтений, 2008, р. 253-258.

48. И. А. Козлитин, "Микрополевая модель квазинезависимых частиц и неидеальная плазма.," ИММ, Москва, Диссертационная работа. 2008.

49. А. Ф. Никифоров, В. Г. Новиков, В. Б. Уваров. Модифицированная модель Хартри

50. Фока-Слетера для вещества с заданной температурой и плотностью. // ВАНТ, серия: методики и программы., 1979, т. 4, №. 6, с. 16-35.

51. В. Г. Новиков, "Модифицированная модель Хартри-Фока-Слетера и ее применение для расчетов уравнения состояния вещества.," ИПМат, Москва, Кандидатская диссертация. 1981.

52. Н. Н. Калиткин, Л. В. Кузьмина, И. В. Ритус, "Табличное и графическое представление теплофизических свойств веществ (проект стандарта)," ИПМат, Москва, Препринт 1987.

53. Н. Н. Калиткин, К. И. Луцкий. Прецизионная аппроксимация квантово-статистических кривых холодного сжатия. // Математическое, 2008.

54. Н. Н. Калиткин, К. И. Луцкий. Аппроксимация гладких поверхностей методом двойного периода. // Математическое моделирование, 2008.

55. Holtsmark. //J. Ann. Phys., 1919, т. 577 , №. 58.

56. Г. Грим. Уширение спектральных линий в плазме. / Москва, СССР: Мир, 1978. 491 с.

57. И. О. Голосной. Аналитические аппроксимации для уширения спектральных линий водородоподобных ионов. // Физика плазмы, 2001, т. 27, N9. 2, с. 526-535.

58. Ю. К. Куриленков, В. С. Филинов. К теории микрополя в неидеальной плазме. // Теплофизика высоких температур., 1976, т. 14, №. 4, с. 886-888.

59. С. A. Iglesias, J. Т. Lebowitz. Electric microfield distribution in multicomponent plasmas. // Phys.Rev.A, 1984, т. 30, №. 4, с. 2001-2004.

60. J. W. Dufty, D. B. Boercker, C. A. Iglesias. Electric field distributions in strongly coupled plasmas. 11 Phys.Rev.A., 1985, т. 31, №. 3, с. 1681-1686.

61. С. A. Iglesias, H. Е. DeWitt, J. Т. Lebowitz, D. McGowan, W. B. Hubbard. Low-frequency electric microfield distribution in plasmas. // Phys.Rev.A., 1985, т. 31, №. 3, с. 16981702.

62. A A. Broyles. Stark fields from ions in plasmas. I I Phys.Rev.A., 1955, т. 100, №. 11811190.

63. М. Barange, В. Mozer. Electric field distributions in an ionized gas. // Phys.Rev., 1959, т. 115, №. 3, с. 521-525.

64. H. H. Калиткин, И. В. Ритус, А. М. Миронов, "Ионизационное равновесие с учетом вырождения электронов.," ИПМат, Москва, Препринт 46, 1983.

65. М. М. Баско, "Уравнение состояния металлов в приближении среднего иона.," ИТЭФ, Москва, Препринт 57, 1982.

66. Н. Н. Калиткин. Квазизонное уравнение состояния. // Математическое Моделирование, 1989, т. 1, №. 2, с. 64-108.

67. Н. Н. Калиткин, Л. В. Кузьмина, И. В. Ритус, "Квазизонная интерполяция термодинамических функций.," ИПМат, Москва, Препринт 1988.

68. Н. Н. Калиткин, Л. В. Кузьмина, "Программы расчета теплофизических свойств веществ ТФП1-6," ИПМ, Москва, Препринт 153,1984.

69. Е. С. Иванченко, Н. Н. Иалиткин, Л. В. Кузьмина. Главные ударные адиабаты в базе теплофизических свойств веществ (ТЕФИС). // ическое моделирование., 2008, т. 20, №. 6, с. 99-110.

70. Н. Н. Калиткин, И. А. Панин. О сходимости приближений Чепмена-Энскога при расчете электронных транспортных коэффициентов. // Математическое моделирование, 2008, т. 20, №. 6, с. 86-98.

71. Н. Н. Калиткин, И. А. Панин. Вычисление электронного переноса в плазме в высоких приближениях Чепмена-Энскога. // Математическое моделирование, т. 20, №. 4, с. 103-116.

72. Н. Н. Калиткин, И. А. Панин. Электронный перенос в неидеальной плазме. // Сборник трудов международной конференции "IX Харитоновские тематические научные чтения", 2007.

73. Саров. Online]. http://ru.wikipedia.org/wiki/CapoB

74. Демо версия WEB ресурса ТЕФИС. Online], http://

75. R. W. Goranson, D. Bancroft, В. L Burton. // Ibid, 1955, т. 26, с. 1472-1479.

76. Е. С. Иванченко, Н. Н. Иалиткин, Л. В. Кузьмина. Квантово-статистический расчет термодинамики и ударных адиабат (программы КСМ). // Математическое моделирование, 2008, т. 20, №. 7, с. 30-44.