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爆轰(5): 我们一起探索炸药爆轰科学的真和美

已有 3191 次阅读 2017-2-3 06:51 |系统分类:科研笔记| 爆炸力学, 炸药, 爆轰, 爆轰物理, 爆轰模型

经典炸药爆轰模型的某些结论不合理,学者们早就不满意了:

热力学家不能容忍,模型居然证明炸药爆轰产物熵极小

化学家想不通,忽略了分子运动怎么能进行化学反应;

炸药专家不明白,照片显示炸药爆炸产物瞬间静止,模型却认为它永远向前运动;

力学家奇怪,模型依赖声速假设方程组才封闭,该假设却既无实验依据又得不到理论证明。

四位学者想改进模型。他们发现经典爆轰模型的问题是简化过多,忽略了粘度、扩散和热传导,反映不了爆轰过程的热现象本质。然而,只考虑粘度一个因素的奈维—斯托克斯方程都无解析解,要考虑粘度、扩散和热传导三个因素就更难有解了。也许百年前提出爆轰理论时就遇到了这个问题,老祖宗无奈之下不得不忽略了输运效应。

 得走一条新路。

 力学家想起有一个“战无不胜”的物理学法则,叫最小作用量原理。它特别适合解决复杂系统问题,不用力而是用能量来研究力学过程,最终结果和牛顿力学方法一致。它还可以推广到其它领域,几乎可以导出基础物理学的全部方程。有人甚至推广到经济学,拿了个诺贝尔经济学奖。

 能不能推广到爆轰科学呢?最小作用量原理中包含一项势能,力学家到处请教,什么是爆轰过程的势能。

 炸药专家直摇头:“干了一辈子炸药,没听说过爆轰过程有势能,只有动能、热能和化学能”。

 热力学家突然插话:“热能是一种势能!”而且更神奇的是,热力学势能的梯度是一种热力学!连力学家都不知道世上还有这种“力”,真开眼界了。

 问题解决了。模型考虑了粘度、扩散和热传导等多种复杂因素,得到了解析解。四人给新模型起了个名字叫LADM模型(Least Action Detonation Model),然后细品这个新模型,就像年青父母注视着自己的新生婴儿


                                                      剪贴自网络图片

孩子还是自家的好!

炸药爆轰产物终点熵极大,热力学家气顺了;

化学平衡比热力学平衡来得慢,化学家满意了;

力学家最自豪:模型完全从自然定律导出,没有任何假设;

有的能量都耗散成了热能,爆轰产物静止不动,与广场鞭炮实验相符,炸药专家高兴了。

问题当然多着呢:草根出身,无名小辈,乳臭未干,……,慢慢来吧,婴儿有的是时间。


参考文献:(本刊讯)爆轰理论的新进展. 科学通报 2011 56 (36) p3122 .pdf




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3 钟定胜 迟延崑 yangb919

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