CN116822139B - 发射药燃烧产物热力学参数的计算方法、装置和存储介质 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
技术领域
本文件涉及发射药燃烧产物技术领域，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
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。
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。
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。
发明内容
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。
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：
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。
进一步地，所述基于吉布斯能模型，创建惩罚函数，包括：
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。
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：
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；
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。
进一步地，所述目标函数为：
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；
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；
所述约束条件具体为：
条件1：
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。
进一步地，所述惩罚函数为：
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：
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。
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)；
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。
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：
模型确定模块、函数创建模块和数据处理模块；
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；
所述函数创建模块用于基于吉布斯能模型，创建惩罚函数；
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。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。
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。
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：
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；
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。
第三方面，本申请实施例提供了一种存储介质，包括：
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。
与现有技术相比，本申请至少能实现以下技术效果：
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的极小值，即各组分含量，为从而进一步提高计算精度和计算效率。最后利用惩罚函数的极小值，确定相应的热力学参数。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本说明书一个或多个实施例提供的一种发射药燃烧产物热力学参数的计算方法的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书一个或多个实施例中的技术方案，下面将结合本说明书一个或多个实施例中的附图，对本说明书一个或多个实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书一个或多个实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本文件的保护范围。
发射药的燃烧过程非常复杂，燃烧产物包括几十种甚至上百种。现有技术主要基于温度和电离种子两个因素，确定发射药燃烧产物的热力学参数。然而，燃烧产物的温度很高，因此燃烧产物存下气液两相，甚至气液固三相。此时，过不考虑压力，会影响发射药燃烧产物组分含量的确定，进而降低发射药燃烧产物热力学参数的计算精度和计算效率。
针对上述计算问题，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方法。该方法满足以下假设：
(1)忽略发射药燃烧的具体反应过程，燃烧产物分布均匀，满足化学平衡态和局部热力学平衡态；
(2)燃烧的瞬间过程绝热，燃烧产物与外界没有热交换，燃烧释放的热量全部被产物吸收；
(3)忽略平衡产物中的痕量组分，主要考虑物质的量分数大于0.01％的主要组分；
(4)火药燃气遵循理想气体状态方程、道尔顿分压定律及电荷准中性条件；
(5)在温度范围(400～4000K)内，仅考虑电离种子的一次电离，忽略概率极小的二次及高次电离。
方法具体包括以下步骤：
步骤1、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。
在本申请实施例中，发射药燃烧产物的各组分为组成反应物的各元素，例如，发射药燃烧产物的各组分为碳元素，氢元素，氧元素和氮元素。
步骤1的具体过程如下：
发射药燃烧发生在封闭环境中，封闭的热力学系统存在如下基本关系式：
式中，d为全导数符号；G为系统的吉布斯自由能；Nκ为反应产物的总组分数；S为系统的熵；p为压强；T为温度；V为平衡反应系统的体积；θj为参加化学反应的组分j的化学势；nj为1kg反应物中组分j的摩尔数。化学反应中，某温度和压强下气相组分j的化学势的计算公式为
2式中，上标“Φ”代表1个标准大气压下的参数值；为1个标准大气压条件下1mol j组分的化学势，其值随温度变化；R0为理想气体常数；pj为j组分的分压，单位为atm。凝相组分(包括固相和液相)的化学势/>为：
式中，为1mol凝相j组分的化学势；pj,V为温度T下j组分的饱和蒸气压，其也为温度的函数。
在发射药燃烧产物所组成的热力学系统中，1kg发射药燃烧产物的总自由能G是系统内各组分的自由能之和，即
式中，Lκ为燃烧产物中凝相组分的种类数；Lκ+1～Nκ代表气相组分；Gj为1mol j组分的自由能。
依据物理化学理论，纯物质的化学势与1mol该组分的吉布斯自由能在数值上相等，即Gj＝θj。由此可以将化学反应平衡系统的吉布斯自由能表示为
对于气相组分，根据道尔顿分压定律，有
式中，pt为反应系统的总压强，以atm为单位进行表示；ng为气相组分的总物质的量，将式(2)、式(3)、式(6)代入式(5)，可以得到吉布斯自由能通用表达式为
当燃烧反应中包含电离过程时，燃烧产物的带电粒子之间存在相互作用，使得平衡产物中电子的平均静电能远小于其热能，且德拜球内包含大量带电粒子，从而导致吉布斯自由能在一定程度上减小。鉴于此，本发明考虑带电粒子间静电相互作用的附加效应，提出采用Debye-Hückel理论修正吉布斯自由能表达式。经修正后的表达式为
式中，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；λD为只包含电子贡献时的德拜半径，其计算表达式为
式中，Ne为平衡产物中的电子密度，单位为m-3。此外，修正后的道尔顿分压定律可以表示为
式中，P为以Pa为单位表示的平衡系统的总压强，P在数值上等于101325pt。
步骤2、基于吉布斯能模型，创建惩罚函数。
在本申请实施例中，首先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，具体过程为：
在前述吉布斯自由能约束方程和道尔顿分压定律的基础上，补充质量守恒方程及电荷准中性方程，将求解燃烧产物平衡组分的问题转化为求解目标函数极值的约束最优化问题，所构建的约束目标函数为
约束方程为
g(n)＝nj≥0 (15)
其中，式(13)为质量守恒方程，χ为发射药化学通式中包含的元素种类；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；式(14)为电荷准中性方程，Zj代表单种组分所携带的电荷数，本发明中Cs离子的电荷数为1，电子的电荷数为-1。
通过式(11)-(15)可知，产物组分在不同温度下的标准化学势和/>是构建吉布斯自由能约束的关键参数。德国爱德华久保热力学和物质动力学基金会的数据库中将1atm条件下纯物质的化学势拟合为了以温度为自变量的一元线性函数，但该拟合进行了大量的假设和简化，可能导致高温下组分的化学势与实际值存在较大偏差。为此，本发明以物理化学理论为依据，将不同温度、1atm条件下化学势的计算过程进行推导如下：
首先，依据吉布斯自由能与熵的关系，可将某组分的化学势对温度的偏导数写为
式中，Sj为j组分的熵。由于纯物质的熵的偏摩尔量在数值上等于该物质的标准摩尔熵/>因此，化学势对温度的偏导数在数值上等于标准摩尔熵/>据此，可以计算得到1atm，任意温度T下1mol某组分的化学势为
式中，为标准状态下(1atm、298.15K)1mol组分j的化学势，且其在数值上等于组分j的标准摩尔生成吉布斯自由能/>的值可通过NIST提供的热力学数据库进行查询。此外，标准摩尔熵与标准状态下定压比热/>的关系式为
式中，为组分j在标准状态下的标准摩尔熵，同样可以在NIST数据库中进行查询。将式(18)带入式(17)，可以进一步将任意温度下的标准化学势表示为
式中，ΔT＝T-298.15K。NIST数据库给出了不同物质在1个标准大气压下的定压比热关于温度的拟合函数，其表示为
式中，A1、B1、C1、D1及E1为常数，同样可在NIST数据库中查询。将式(20)代入式(19)，可以求得不同组分在不同温度下的标准化学势，从而可以进一步采用吉布斯自由能约束方程计算化学平衡组分。
其次，根据目标函数和目标函数的约束条件，创建惩罚函数。罚函数法的基本思想是通过在原始目标函数中添加一个障碍函数(即惩罚函数)来代替约束条件中的不等式约束，如果当前解不满足约束条件，就在目标函数中添加一个正向惩罚，迫使当前解逼近最小化可行域。由于外点罚函数法在可行域外寻求最优解，可能导致最终的寻优结果不满足等式约束方程。为避免该问题，在考虑平衡组分实际取值范围的前提下，将约束的实际可行域向内收缩，具体过程为：
等式(15)做如下变换：
g(n)＝nj≥10-8 (21)
根据目标函数及约束条件，构造惩罚函数为
此外，为了求解惩罚函数还需要构造增广目标函数：
式中，σ(l)为惩罚因子；当n1 (l)～nN (l)为可行解时，P(n,σ(l))＝f(n)，目标函数不受额外惩罚；当不是可行解时，P(n,σ(l))>f(n)，目标函数受额外惩罚，且σ(l)越大，惩罚越重。经过上述变换，约束寻优问题转化为无约束寻优问题。其中，l为迭代步次。
步骤3、基于共轭梯度法，求解惩罚函数的无约束极小值。
在本申请实施例中，求解惩罚函数的具体过程为：
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。
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)；
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。
步骤4、根据惩罚函数的无约束极小值，确定发射药燃烧产物的热力学参数。
为了证明上述方法的可行性，本申请给出了具体实例：
采用两个算例对本发明所提出的基于外点罚函数法和共轭梯度法的平衡组分计算方法进行验证。首先，采用和Kilibarda关于固体火箭推进剂燃烧产物的算例进行验证。在该算例中，研究人员基于化学平衡常数法，编制了OPHELIE程序，进而研究了某型含C、H、O、N、Cl、Al共6种元素的火箭推进剂的47种燃烧产物组分。在火焰温度为3315K，压强为70atm条件下，本发明求解结果与OPHELIE法计算结果的对比如表1所示。
表1本发明求解结果与OPHELIE程序计算结果的对比
可以看出，对于Al2O3、CO2、CO、H2O、H2、N2、HCl及H等几种主要组分，计算结果与文献结果的偏差普遍在1％以内；对于NH、NH2、NH3、Cl2、AlO、AlO2等组分，计算结果偏差较大，这与上述组分在燃烧产物中的含量较少(0.01％)有关。总的来说，本发明计算结果与OPHELIE程序的计算结果保持了较好的一致性，表明本发明求解方法能够准确求解定温、定压条件下发射药燃烧产物的平衡组分。
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：模型确定模块、函数创建模块和数据处理模块；
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；
所述函数创建模块用于基于吉布斯能模型，创建惩罚函数；
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。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。
在本申请实施例中，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。
在本申请实施例中，所述发射药燃烧产物的吉布斯自由能模型，具体为：
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；
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。
本申请实施例提供了一种存储介质，包括：
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以下流程：
上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
在20世纪30年代，对于一个技术的改进可以很明显地区分是硬件上的改进(例如，对二极管、晶体管、开关等电路结构的改进)还是软件上的改进(对于方法流程的改进)。然而，随着技术的发展，当今的很多方法流程的改进已经可以视为硬件电路结构的直接改进。设计人员几乎都通过将改进的方法流程编程到硬件电路中来得到相应的硬件电路结构。因此，不能说一个方法流程的改进就不能用硬件实体模块来实现。例如，可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，PLD)(例如现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray，FPGA))就是这样一种集成电路，其逻辑功能由用户对器件编程来确定。由设计人员自行编程来把一个数字系统“集成”在一片PLD上，而不需要请芯片制造厂商来设计和制作专用的集成电路芯片。而且，如今，取代手工地制作集成电路芯片，这种编程也多半改用“逻辑编译器(logic compiler)”软件来实现，它与程序开发撰写时所用的软件编译器相类似，而要编译之前的原始代码也得用特定的编程语言来撰写，此称之为硬件描述语言(Hardware Description Language，HDL)，而HDL也并非仅有一种，而是有许多种，如ABEL(Advanced Boolean Expression Language)、AHDL(Altera Hardware DescriptionLanguage)、Confluence、CUPL(Cornell University Programming Language)、HDCal、JHDL(Java Hardware Description Language)、Lava、Lola、MyHDL、PALASM、RHDL(RubyHardware Description Language)等，目前最普遍使用的是VHDL(Very-High-SpeedIntegrated Circuit Hardware Description Language)与Verilog。本领域技术人员也应该清楚，只需要将方法流程用上述几种硬件描述语言稍作逻辑编程并编程到集成电路中，就可以很容易得到实现该逻辑方法流程的硬件电路。
控制器可以按任何适当的方式实现，例如，控制器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式，控制器的例子包括但不限于以下微控制器：ARC 625D、Atmel AT91SAM、Microchip PIC18F26K20以及Silicone Labs C8051F320，存储器控制器还可以被实现为存储器的控制逻辑的一部分。本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本说明书实施例时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
本领域内的技术人员应明白，本说明书一个或多个实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本说明书一个或多个实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本说明书是参照根据本说明书实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书一个或多个实施例可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本说明书的一个或多个实施例，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本文件的实施例而已，并不用于限制本文件。对于本领域技术人员来说，本文件可以有各种更改和变化。凡在本文件的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本文件的权利要求范围之内。
Claims (3)
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：
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；
所述基于吉布斯能模型，创建惩罚函数，包括：
基于质量守恒和电荷准中性，根据所述吉布斯能模型，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；
所述发射药燃烧产物的吉布斯自由能模型，具体为：
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；
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；
所述目标函数为：
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；
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；
所述约束条件具体为：
条件1：
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；
所述惩罚函数为：
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：
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；
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)；
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。
2.一种发射药燃烧产物热力学参数的计算装置，用于实现权利要求1所述的方法，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；
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；
所述函数创建模块用于基于吉布斯能模型，创建惩罚函数；
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；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。
3.一种存储介质，其特征在于，包括：
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权利要求1所述的方法。
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