Low-parametric equation of state for graphite describing solid and porous samples under shock and unloading waves
This study is aimed to obtain the parameters of the graphite equation of state represented as the Mie-Gruneisen equation of state. Graphite with metals and the porous graphite are considered as simple thermodynamically equilibrium mixtures. The equilibrium state is determined by the conditions of equal pressure, temperature, and velocity of the components in the mixture. Thus, the motion of the multicomponent medium can be described as the motion of a continuum with a special equation of state that takes into account the properties of the mixture components and their concentration, which significantly reduces the number of equations. For the Gruneisen parameter, a logarithmic dependence on density is used, which adequately describes the variation in the Gruneisen parameter for both normal and anomalous behavior of shock adiabats. The increasing scope of the equation of state is a result of comparing experimental data with calculations for the following: 1) shock-wave loading of porous materials to cover the range of higher temperatures; 2) double compression of the samples to cover the range of increased densities; 3) isentropic expansion of samples to cover the range of low densities; and 4) sound velocities, which characterize the compressibility of matter, slope of the Poisson adiabat on the shock adiabat, and propagation velocity of the weak shock waves and unloading waves through the compressed matter. The comprehensive analysis confirms that the proposed model of the equation of state for graphite is applicable to practical applications.
Keywords
shock adiabat,
unloading isentrope,
thermodynamic equilibrium,
one-temperature approximation,
one-velocity approximation,
Gruneisen parameterAuthors
| Bel'kheeva Rumiya K. | Novosibirsk State University | rimbel@academ.org / rumia@post.nsu.ru |
Всего: 1
References
Ставер А.М. Исследование термодинамики фазового перехода углерода в алмаз при ударном нагружении смесей углерод + металл // Детонация. Критические явления. Физико-химические превращения в ударных волнах. Черноголовка: ОИХФ, 1978. С. 131136.
Boade R.R. Shock compression of Foamed Graphite //j. Appl. Phys. 1968. V. 39 (3). P. 1609-1617.
Жук А.З., Иванов А.В., Каннель Г.И. // Исследование кинетики фазового перехода графит-алмаз // Теплофизика высоких температур. 1991. Т. 29, № 3. С. 486-493.
Gust W.H. Phase transition and shock-compression parameters to 120 GPa for three types of graphite and amorphous carbon // Physical Review B. 1980. V. 22 (10). P. 4744-4756.
McQueen R.G., Marsh S.P. Hugoniots of graphytes of various initial densities and the equation of state of carbon // Behavior of dense media under high dynamic pressures: Proc. of the Symp. on the Behavior of Dense Media under High Dynamic Pressures, Sept. 1967. Paris; New York: Gordon and Breach, 1968. P. 207-216.
LASL Shock Hugoniot Data / S.P. Marsh (ed.). Berkeley: University of California Press, 1980.
Doran D.G. Hugoniot equation of state of pyrolytic graphite to 300 kbars //j. Appl. Phys. 1963. V. 34. Р. 844-850.
Трунин Р.Ф., Гударенко Л.Ф., Жерноклетов М.В., Сивков Г.В. Экспериментальные данные по ударно-волновому сжатию и адиабатическому расширению конденсированных веществ // под ред. Р.Ф. Трунина. Саров: РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2006.
Coleburn N.L. The compressibility of pyrolytic graphyte //j. Chem. Phys. 1964. V. 40 (73). P. 71-77.
Бельхеева Р.К. Термодинамическое уравнение состояния для описания поведения пористой смеси при больших давлениях и температурах // Прикладная механика и техническая физика. 2007. Т. 48, № 5. С. 53-60.
Бельхеева Р.К. Уравнение состояния сильнопористого вещества // Теплофизика высоких температур. 2015. Т. 53, № 3. С. 367-377.
Бельхеева Р.К. Построение уравнения состояния пористой смеси конденсированных компонентов // Прикладная механика и техническая физика. 2012. Т. 53, № 4. С. 3-15.
Нигматулин Р.И. Основы механики гетерогенных сред. М.: Наука, 1978. 336 с.
Lomonosov I.V. Multi-phase Equation of State for Aluminum // Laser and Particle Beams. 2007. V. 25. P. 567-584.
Khishchenko K. V., Fortov V.E., Lomonosov I. V. Multiphase Equation of State for Carbon over Wide Range of Temperatures and Pressures // Int. J. Thermophys. 2005. V. 26 (2). P. 479-491.
Гордеев Д.Г., Гударенко Л.Ф., Каякин А.А., Куделькин В.Г. Модель уравнения состояния металлов с эффективным учетом ионизации. Уравнения состояния Та, W, Al, Be // Физика горения и взрыва. 2013. Т. 49, № 1. С. 106-120.
Ломоносов И.В., Фортова С.В. Широкодиапазонные полуэмпирические уравнения состояния вещества для численного моделирования высокоэнергетических процессов // Теплофизика высоких температур. 2017. Т. 55. № 4. С. 596-626.
Гордеев Д.Г., Гударенко Л.Ф., Каякин А.А. и др. Полуэмпирическая модель уравнения состояния металлов с эффективным учетом ионизации. Ч. 2. Уравнение состояния алюминия // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Теоретическая и прикладная физика. 2010. № 3. С. 26-34.
Бельхеева Р.К. Модель коэффициента Грюнайзена для широкого диапазона плотностей на примере меди // Теплофизика высоких температур. 2021. Т. 59, № 4. С. 514-519.
Кинеловский С.А., Маевский К.К. Модель поведения пористых смесей, включающих в свой состав железо, при ударно-волновом нагружении // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2014. Т. 29, № 3. С. 82-93.
Молодец А.М., Молодец М.А. Температурная зависимость функции Грюнайзена химиче ских элементов // Химическая физика. 1997. Т. 16, № 5. С. 122-126.
Белащенко Д.К., Воротягин А.В., Гельчинский Б.Р. Компьютерное моделирование алю миния в области высоких давлений // Теплофизика высоких температур. 2011. Т. 49, № 5. С. 676-686. doi: 10.n34/S0018151X11050038.
Ашкофт Н., Мермин Н. Физика твердого тела: пер. с англ. М.: Мир, 1979. Т. 2. 422 с.
