发射药燃烧产物热力学参数的计算方法、装置和存储介质

本文件涉及发射药燃烧产物，尤其涉及一种发射药燃烧产物热力学参数的计算方法、装置和存储介质。

背景技术：

1、发射药燃烧产物的热力学参数，包括定压比热、黏性系数、热导率等，是开展火炮内弹道流场数值模拟的基础。

2、现有技术通常会根据预设的模型，针对发射药燃烧物的组分建立目标函数，之后利用拉格朗日乘子法或启发式算法，求解目标函数得到发射药燃烧产物中各组分含量，进而根据各组分含量确定发射药燃烧产物的热力学参数。

3、然而，上述方法没有考虑压力对热力学参数的影响，拉格朗日乘子法难于收敛以及启发式算法计算效率低的缺陷，导致发射药燃烧产物的热力学参数的计算结果不准确。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本申请旨在提出一种发射药燃烧产物热力学参数的计算方法、装置和存储介质，以解决上述技术问题中的至少一个。

2、第一方面，本说明书一个或多个实施例提供了一种发射药燃烧产物热力学参数的计算方法，包括：

3、根据发射药燃烧产物的各组分、预设温度范围和预设压力范围，确定吉布斯能模型；

4、基于吉布斯能模型，创建惩罚函数；

5、基于共轭梯度法，求解所述惩罚函数的无约束极小值。

6、进一步地，所述基于吉布斯能模型，创建惩罚函数，包括：

7、基于质量守恒和电荷准中性，根据所述吉布斯自由能模型，得到目标函数和所述目标函数的约束条件；

8、根据所述目标函数和所述目标函数的约束条件，创建所述惩罚函数。

9、进一步地，所述发射药燃烧产物的吉布斯自由能模型，具体为：

10、

11、其中，e为电子的电荷量；zj为组分j的电荷数；k为玻尔兹曼常数；ε0为真空介电常数；d为只包含电子贡献时的德拜半径；r0为理想气体常数；pj为j组分的分压，单位为atm；nj为1kg反应物中组分j的物质的量；lκ为燃烧产物中凝相组分的种类数，lκ+1～nκ代表气相组分；ng为气相组分的总物质的量；

12、为1个标准大气压条件下1mol j组分的化学势；凝相组分(包括固相和液相)的化学势。

13、进一步地，所述目标函数为：

14、

15、其中，e为电子的电荷量；zj为组分j的电荷数；k为玻尔兹曼常数；ε0为真空介电常数；d为只包含电子贡献时的德拜半径；r0为理想气体常数；pj为j组分的分压，单位为atm；nj为1kg反应物中组分j的物质的量；lκ为燃烧产物中凝相组分的种类数，lκ+1～nκ代表气相组分；ng为气相组分的总物质的量；

16、为1个标准大气压条件下1mol j组分的化学势；凝相组分(包括固相和液相)的化学势；

17、所述约束条件具体为：

18、条件1：

19、

20、其中，k为玻尔兹曼常数；nj为1kg反应物中组分j的物质的量；lκ为燃烧产物中凝相组分的种类数，lκ+1～nκ代表气相组分；nχ为1kg含电离种子发射药中元素χ的原子摩尔数；aχj为燃烧产物这中组分j的化学式中元素χ的原子数。

21、进一步地，所述惩罚函数为：

22、

23、进一步地，所述基于共轭梯度法，求解所述惩罚函数的无约束极小值，包括：

24、s1：令迭代步l＝0，选取迭代初值并选取初始罚因子σ(0)(σ(0)>0)、罚因子递增系数β0(β0>1)和选取收敛精度。

25、s2：以n(l)为初始点，求惩罚函数p(n,σ(l))的无约束极小值，记为n(l+1)；

26、s3：检验终止条件，若g(n)＝nj≥10-8且则n(l+1)为最终的平衡组分，迭代停止；否则，令σ(l+1)＝βσ(l)，l＝l+1，则执行步骤s2。

27、第二方面，本申请实施例提供了一种发射药燃烧产物热力学参数的计算装置，包括：

28、模型确定模块、函数创建模块和数据处理模块；

29、所述模型确定模块用于根据发射药燃烧产物的各组分、预设温度范围和预设压力范围，确定吉布斯能模型；

30、所述函数创建模块用于基于吉布斯能模型，创建惩罚函数；

31、所述数据处理模块用于基于共轭梯度法，求解所述惩罚函数的无约束极小值。

32、进一步地，所述函数创建模块用于基于质量守恒和电荷准中性，根据所述吉布斯自由能模型，得到目标函数和所述目标函数的约束条件；根据所述目标函数和所述目标函数的约束条件，创建所述惩罚函数。

33、进一步地，所述发射药燃烧产物的吉布斯自由能模型，具体为：

34、

35、其中，e为电子的电荷量；zj为组分j的电荷数；k为玻尔兹曼常数；ε0为真空介电常数；d为只包含电子贡献时的德拜半径；r0为理想气体常数；pj为j组分的分压，单位为atm；nj为1kg反应物中组分j的物质的量；lκ为燃烧产物中凝相组分的种类数，lκ+1～nκ代表气相组分；ng为气相组分的总物质的量；

36、为1个标准大气压条件下1mol j组分的化学势；凝相组分(包括固相和液相)的化学势。

37、第三方面，本申请实施例提供了一种存储介质，包括：

38、用于存储计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被执行时实现第一方面中任一项所述的方法。

39、与现有技术相比，本申请至少能实现以下技术效果：

40、本申请基于吉布斯能模型，在计算过程中引入压力，为后续基于压力确定发射药燃烧产物热力学参数奠定基础。同时，利用惩罚函数替代拉格朗日乘子法或启发式算法，从而提高计算效率和计算精度。此外，利用共轭梯度法求解惩罚函数，从而进一步提高计算精度和计算效率。

技术特征：

1.一种发射药燃烧产物热力学参数的计算方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

7.一种发射药燃烧产物热力学参数的计算装置，其特征在于，包括：模型确定模块、函数创建模块和数据处理模块；

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，

10.一种存储介质，其特征在于，包括：

技术总结
本说明书实施例提供了一种发射药燃烧产物热力学参数的计算方法、装置和存储介质，方法包括：根据发射药燃烧产物的各组分、预设温度范围和预设压力范围，确定吉布斯能模型；基于吉布斯能模型，创建惩罚函数；基于共轭梯度法，求解所述惩罚函数的无约束极小值；根据所述惩罚函数的无约束极小值，确定所述发射药燃烧产物的热力学参数。本申请提供的技术方案用以解决现有技术发射药燃烧产物的热力学参数的计算结果不准确问题。

技术研发人员：毛保全,赵其进,魏曙光,白向华,陈春林,周珣,聂彬,赵俊严,王传友,朱锐,王之千
受保护的技术使用者：中国人民解放军陆军装甲兵学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15