应用D2Q9格子玻尔兹曼模型研究超快激光传热过程

目前,硅薄膜以及超快激光加热技术已经广泛应用于微/纳米的电子器件,其导热机理的研究将对微/纳米电子系统的热管理具有重要的指导意义。采用二维D2Q9的格子玻尔兹曼方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)模拟超快激光加热硅薄膜的声子输运,并比较了一维LBM获得的结果。结果表明:当薄膜的克努森数>0.1时,受到激光扰动后,其内部会出现热量的波状传递现象,波动的大小与薄膜的克努森数有关,且会逐渐趋于平缓;其一维结果中虽也可以捕捉到这种热波现象,但会过高地估计薄膜内部的能量密度,因此激光径向方向的影响是不可忽视的。

纳米薄膜受超快激光作用下二维传热数值模拟

超快激光技术因其高精度、高强度等优点得以在微/纳米器件中广泛应用。超快激光加热纳米薄膜问题涉及的是极小尺寸、极短时间作用下的导热过程,此时经典的导热理论不再适用,因此研究该问题的导热机理具有重要的理论意义。文章采用格子玻尔兹曼方法,对不同情况下超快激光加热微/纳米薄膜的二维热传导过程进行了数值模拟。结果表明:当单侧超快激光照射纳米薄膜时,在厚度方向的传播速度大于径向方向的,随着时间的推移,激光热源的影响区域越来越大,能量密度的峰值逐渐减小;当两束超快激光分别在薄膜两侧同时照射时,能量的影响会从两侧向中间传递,而当两侧的能量碰撞时,会在中间区域产生交汇,形成更高的能量密度;当两束超快激光同时照射在薄膜同一侧时,薄膜内受两束激光共同影响的区域,由于能量交汇会产生较高的能量密度。