周期震荡温度场非傅立叶分析

从双曲线型热传导微分方程出发 ,研究了当边界条件为高频周期加热的第一类边界条件时 ,其温度场的分布情况 ,并与从抛物 8线型导热微分方程出发的热扩散情况下的温度场进行了对比 .结果表明 ,在瞬态导热过程中 ,温度场是一种与扩散机制完全不同的热波 .本文还对热波及其产生的条件进行了深入的分析 ,指出松弛时间的大小和外界热扰动的数量级大小以及材料的热尺度等是决定是否应该考虑非傅立叶效应的主要因素 .

煤颗粒在快速升温过程中非傅立叶导热效应的计算研究

电站锅炉煤粉燃烧过程中,煤粉着火前期的升温速率可达104 K/s。而且煤粉在着火前期的升温状态直接影响到煤粉挥发份的释放速度和挥发份成分,进而影响到煤粉颗粒的着火和燃烧。该文针对煤颗粒快速升温过程中非傅立叶导热效应,利用热波模型和D-P-L模型对快速升温过程中煤颗粒的温度场进行的数值模拟,与实测结果进行了比较。并发现对于电站锅炉所燃用煤粉的粒径范围,在煤粉着火前的升温过程中考虑非傅立叶导热效应是十分必要的。

稳态导热中的非傅立叶效应

基于热质与热质势的概念,研究了稳态条件下的导热规律。结果表明：热量在输运过程中受到来自热质势场的驱动力以及来自介质的阻力,当两者平衡时,热量的输运规律满足傅立叶导热定律；当惯性力不能被忽略从而两者不平衡时,热量将被加速,热流密度和温度梯度之间的线性关系不再成立,表现出明显的非傅立叶效应。用数值模拟定量地研究了非傅立叶效应对稳态导热过程的影响。

激光对皮肤层状组织作用的非傅立叶效应及光致热损伤分析

目的分析非Fourier效应对激光与人体皮肤组织相互作用的影响 ,在此基础上研究皮肤病激光灼伤疗法中的光致热损伤。方法采用MonteCarlo方法模拟皮肤组织内的光子传播 ,将激光能量看作组织内热源 ,采用生物传热热波模型 (TWMBT)研究具有不同物理性质的皮肤层状组织中的瞬态温升过程、温度分布和皮肤的热损伤时间 ,由此探讨皮肤病灼伤治疗的时间阈值。结果研究表明 ,由于非Fourier效应的存在 ,皮肤组织各处的温升速率较低 ,需要经过较长的时间才能达到温度峰值 ,因此 ,非Fourier效应对预测皮肤组织的损伤时间阈值有着较大影响。结论关于激光与皮肤层状组织相互作用时的非Fourier效应的理论分析及相应的数值求解对准确预测皮肤组织内的热效应。

强瞬态非傅立叶导热效应判据与激光冲击硬化应用的探讨

为了更好地反映激光冲击硬化的强瞬态特征及建立非傅立叶导热效应作用范围的判据 ,本文讨论了通用傅立叶导热定律的数学模型 ,推导了半无限大物体在第一类边界条件下基于非傅立叶导热定律的双曲线型偏微分方程的解析解。通过分析非傅立叶导热定律在瞬态条件下温度分布的变化过程 ,提出了非傅立叶导热效应的强瞬态判据。并就强瞬态导热现象对激光热处理的影响进行了讨论。指出按照非傅立叶导热定律计算能更好反映激光作用的热冲击特征。

基于非傅立叶热传导半无限大体热冲击力学分析

在微观尺度下,陶瓷的热传导机理与宏观尺度下的热传导机理有较大的差异,由此产生的热应力与宏观尺度下的不同,本文针对热冲击条件下的半无限大体,基于非傅立叶热传导模型分析了温度场、应力场和单边裂纹的应力强度因子,并与基于傅立叶热传导模型分析的结果进行了比较。研究表明在半无限大体表面附近或裂纹较短时,基于非傅立叶热传导模型得到的应力最大值或应力强度因子最大值比基于傅立叶热传导模型得到的结果大,而在半无限大体内部或裂纹较长时,结果相反。

多孔材料内非傅立叶导热现象的实验研究结果及理论分析

本文介绍了室温条件下多孔材料的瞬态脉冲激光加热实验及其初步理论分析。文中列示了实验观察到的、受微秒脉冲激光加热的多孔材料内的非傅立叶导热现象。实验研究结果表明：只有当热扰动足够强（实验中反映为激光脉冲的脉宽足够小，脉冲功率密度足够大）时，才有可能在热扰动过后的极短时间瞬时观察到非傅立叶导热现象，而且明显的非傅立叶导热现象只可能在介质受热扰动位置附近的极薄厚度空间中存在；理论分析时采用了双曲线非傅立叶导热模型来描述多孔材料受微秒脉冲激光加热这一非傅立叶导热过程，并用有限差分（ＦＤＭ）结合ＭａｃＣｏｒｍａｃｋ预测－校正（Ｐｒｅｄｉｃｔｏｒ－Ｃｏｒｒｅｃｔｏｒ）方法对其进行了数值求解。理论分析结果和实验结果定性地吻合。

基于时域间断有限元方法的生物组织非傅立叶热行为数值分析

在热传导分析中,当热流与温度梯度存在时间延迟时,需采用非傅立叶热传导模型进行分析。生物组织具有较强的热松弛时间系数,承受激光、微波及烧烫等作用时,其呈现出较强的非傅立叶行为。本文对脉冲热源作用下生物组织的非傅立叶热传导进行研究,针对强脉冲引起的温度场在空间域的高梯度变化、波阵面的间断行为以及通用传统时域数值方法会带来虚假数值振荡的特点,提出采用所发展的时域间断Galerkin有限元法(DGFEM)进行求解计算。对多种脉冲热源作用下的非傅立叶热传导过程进行数值模拟,通过考量强脉冲作用下温度场分布和热致生物组织损伤行为的影响,表明了本文所发展的DGFEM能够有效、准确地描述温度场空间分布和热传导过程以及非傅立叶行为下的生物热损伤更为明显,在生物组织热行为分析中应该受到重视。

固体非傅立叶温度场的时域间断Galerkin有限元法

运用时域间断Galerkin有限元法[1],对高频非傅立叶热波动问题[2-3]进行分析。其主要特点是:取温度及温度的时间导数为基本未知量,对其分别进行3次Hermite插值和线性插值。在保证节点温度自动保持连续的基础上,温度的时间导数在离散时域存在间断。数值结果表明所提出的方法能够滤掉虚假的数值震荡,能够良好地模拟固体中的非傅立叶热波动行为。

空心圆筒的非傅立叶热冲击问题研究

在热冲击问题中引进非傅立叶分析,考虑了在极端热传递条件下的非稳态传热过程中热量传播速度的有限性,然后用一种解析方法得到温度场和应力波传播的精确解,进而分析了空心圆柱体内的热动应力的响应和分布规律。结果表明,在热作用瞬态程度较高的情况下,受热冲击物体内尖峰应力将大大增加。

抗事故包装箱结构中木材层的非傅立叶热传导

建立了抗事故包装箱结构中防火缓冲层材料的一维非傅立叶导热模型,模型考虑了材料的热解作用。通过数值模拟得到了有意义的结果:对一定条件下的薄木板内导热,存在一个发生非傅立叶导热效应的临界边界温度值;给定条件下的临界边界温度值为984K。给出了防火缓冲层材料的选取原则,这对抗事故包装箱结构设计具有一定的指导意义。

一类等温进口条件下的非傅立叶导热问题

用已发展的双倒易边界元和Laplace变换、反变换相结合的方法求解非傅立叶导热 ,对于一类等温进口条件下的问题 ,数值预示了热波导热、非傅立叶导热和傅立叶扩散的温度场随时间推进的不同特征 。

热惯性对热冲击半无限体热应力影响非傅立叶效应研究

考虑超快速加热引起传热过程的非傅立叶效应,基于线性热弹性理论和表面热惯性特性,建立了带惯性第一类边界条件的半无限体的动态温度场、热应力场方程组。用拉普拉斯变换法对方程组进行求解。结果表明,快速加热在半无限体内产生温度场和应力场,且热和应力呈波动输运机制。讨论了温升率或热惯性对半空间温度场和应力场的影响,比较弹性波波速与热波波速之比动态热应力的影响。

变比热容介质中的非傅立叶瞬态导热

基于导热过程中煅的概念,建立了(火积)平衡方程。结果表明:当导热介质的比热容为常数时,(火积)平衡方程和能量守恒方程联立可以得到傅立叶导热定律;当导热介质的比热容随温度变化时,在瞬态导热情况下傅立叶定律失效,表现出明显的非傅立叶效应。用数值模拟定量地研究了非傅立叶效应对于变比热容介质瞬态导热过程的影响。

PCR仪基座在脉冲热流下的非傅立叶温度场研究

主要结合PCR(Polymerase Chain Reaction)仪中的具体模型研究了导热问题中的非傅立叶效应,列出了在该模型中的非傅立叶传热微分方程.从理论上分析讨论了不同传热边界条件下的温度场,给出了在不同边界条件下的一维温度场的解析解,并根据这些解析解画出了主要工作面的温度响应示意图.同时讨论了在脉冲热流条件加热下时,不同热流脉冲频率对该模型的工作面的温度场响应的影响.研究了非傅立叶效应对PCR仪基座传热的影响,为PCR仪加热试验提供部分理论上的参数设计基础.

非傅立叶模型层状复合陶瓷结构热传导分析

用非傅立叶热传导模型分析层状复合陶瓷结构的温度场,并与单热涂层结构的结果进行比较,同时进一步研究了夹层热物理性能参数对温度场的影响。研究表明:夹层可以有效地减缓内部结构的温度变化,夹层热物理性能参数(如:松弛时间、声速)对结构层的温度场有明显影响。

温度脉冲进口条件对单相介质一维非傅立叶导热问题的影响

针对不同温度脉冲进口条件对非傅立叶导热问题的影响进行了模拟 ,数值预示了不同脉冲形式 ,以及不同脉冲频率产生的不同的非傅立叶导热特征 ;同时也数值预示了同一种脉冲作用下 ,热波导热。

考虑非傅立叶效应的固液相变分子动力学模拟

采用耦合双温度模型的分子动力学方法对飞秒激光照射金箔的固液相变过程进行了模拟研究,利用序参数法对固液原子进行判定从而确定了金箔发生相变时的固液界面位置和温度,对基于傅立叶定律的抛物线模型和考虑非傅立叶效应的双曲线模型模拟得到的结果进行对比分析,在此基础上采用耦合双曲线模型的分子动力学方法研究了激光能量密度和脉冲宽度对金箔相变过程的影响.结果表明,当激光作用于金箔时,金箔上表面首先熔化,固液界面随时间不断向金箔底部移动,并且在相同条件下,双曲线模型下的金箔熔化深度和固液界面温度均大于抛物线模型的结果.当考虑非傅里叶效应时,激光能量密度越大,固液界面温度越高,金箔熔化时间越短;激光脉冲宽度越小,固液界面温度越大,金箔熔化速度越快.

一种基于非均匀离散傅立叶变换的鲁棒音频水印算法(英文)

基于离散傅立叶变换(DFT)的音频水印算法对常规信号处理操作具有较高的鲁棒性,然而,在DFT域的固定频率点嵌入水印信息易受频域攻击,导致此类水印算法存在安全隐患.为进一步说明这种安全隐患,本文描述了一种新颖的频域攻击方法,仿真结果表明采用该方法可以在不影响含水印音频信号听觉感知质量的条件下有效去除水印信息.针对上述问题,本文提出了一种基于非均匀离散傅立叶变换(NDFT)的鲁棒音频水印算法.该算法基于NDFT可以任意选择频率点的特性,利用混沌映射随机选取NDFT域的水印嵌入频率点,以实现水印嵌入位置的随机性.此外,引入另一个混沌映射置乱加密待嵌入的水印信息以提高算法抵抗拷贝攻击的能力.理论分析和实验结果表明该算法不仅具有抗常规信号处理操作高的鲁棒性,而且能够抵抗频域的恶意攻击,大的密钥空间保证了系统高安全性.

考虑非傅立叶效应的瞬态导热过程的波动响应分析

瞬态导热分析需要考虑非傅立叶效应.通过对抛物型及双曲型热传导方程,以及耦合热传导方程后的波动方程的数值求解,研究了非傅立叶效应下导热过程中的波动响应.结果表明,双曲型热传导过程具有明显的波动特性,所引起的波动响应前沿值成倍提高,且呈现显著的跃变行为,而波动峰值外的部位围绕着初始值小幅波动.