LS-DYNA系列_IDEAL_GAS状态方程

引言

计算机仿真计算中，对于真实世界中的力学过程的模拟，一直是研究热点之一。在科研、工程应用方面都有着重要的意义。但计算机专业毕业的学生，由于缺乏力学专业知识，因此在制作仿真程序时对基础概念不清楚。本系列内容旨在帮助专业计算机人员迅速了解力学知识，为国产力学仿真软件提供一份力量。
本文主要讲述针对理想气体热动力学行为提出的Ideal-Gas状态方程。

历史发展

理想气体状态方程由法国科学家Benoit Pierre Emile Clapeyron（音译：克拉佩龙）于1834年提出，是对实际气体简化而形成的一种理性模型。实际气体的温度越高、压强越低，越接近于理想气体。换言之，理想气体状态方程仅适用于低密度气体。如果是对爆轰产物高温高压（高密度）气体，则不适用。

状态方程描述

在LS-DYNA中的理想气体状态方程的关键词为EOS_IDEAL_GAS，类型为TYPE 12。
理想气体状态方程的形式为：
$$p=\rho (C_p-C_v)T$$
式中，$\rho$、$p$和$T$分别为气体密度、压强和温度；$C_p$和$C_v$分别为气体的定压比热容和定容比热容，二者随温度变化，因此一般将二者表示为温度的多项式，如下：
$$C_p=C_{p0}+C_{L}T+C_Q{T}^2$$
$$C_v=C_{v0}+C_{L}T+C_Q{T}^2$$
式中，$C_{v0}$、$C_{p0}$、$C_L$和$C_Q$是常数，可在LS-DYNA的*EOS_IDEAL_GAS中定义。