非傅里叶热传导研究进展

傅里叶定律能够精确描述大多数的热传导问题，但对于超短脉冲激光加热等热作用的周期时间极短的超急速、超常规热传导等问题，非傅里叶效应将会显得至关重要．对非傅里叶热传导的实质、模型、模型的求解及应用与实验等几个方面的研究进展做了一个较详尽的概括与评述，并指出了今后需要着重研究的方向．

磁纳米粒子为热源的非傅里叶热传输

近年来,磁感应热疗作为一种新兴的肿瘤治疗方法得到较多的关注。本文分析了以磁纳米粒子作为热源的傅里叶传热方程,在傅里叶热传导模型的基础上通过引入弛豫时间建立了单相方程的热传递模型,并利用分离变量法求得了该方程的解析解。分析了外部磁场性质和磁性纳米粒子特性对温度分布的影响。

短脉冲激光对硅基探测器的热作用模型选择

从傅里叶模型和非傅里叶模型的基本方程出发,通过有限差分方法对方程进行数值求解。分别分析了10,1.0,0.1,0.01ns这4种脉宽的脉冲激光作用于硅材料时两种传热模型温度曲线的相对变化;讨论了热弛豫时间对非傅里叶模型数值结果的影响。结果表明:脉宽小于或等于100ps的激光作用于硅材料时,表层温度上升缓慢,会发生载流子效应,非傅里叶模型可以合理地反映这种现象;对于一般材料,载流子效应发生的条件是脉宽小于或等于材料热弛豫时间,此时应当用非傅里叶模型描述加热过程。

半导体桥点火模型的建立及数值模拟

通过对半导体桥点火电路输入能量的分析,基于半导体物理学理论和非傅里叶热传导理论,认为半导体桥在输入能量大于能量临界值(E)时为等离子体点火。建立了相应的数学物理模型,采用数值分析理论对模型进行分析,得到输入能量、颗粒半径、等离子体温度等因素对点火延迟时间的影响分布曲线,这些相关的曲线分布规律证明模型建立的可行性与合理性。

基于拓展分离变量法的非傅里叶传热研究

常规的分离变量方法不能求解非傅里叶传热模型问题,本文对常规分离变量法进行拓展,利用拓展后的方法求解热传导的傅里叶模型,单相位滞后(C—V)模型和双相位滞后(DPL)模型,比较利用三种模型计算温度场的差别.研究c.V模型和DPL模型中温度波动的规律,得到温度波动速度和热流量时间滞后值的关系.

稀薄气体动力学的非线性耦合本构方程理论及验证

作为一种新兴的气体动力学本构方程理论体系,非线性耦合本构方程(NCCR)理论的创新之处在于黏性应力和热传导中抛弃了广义牛顿定律和傅里叶热传导定律,而是考虑熵条件从Boltzmann方程直接推导出了黏性应力和热传导非线性耦合输运方程即NCCR模型。NCCR模型在连续区域与广义牛顿定律和傅里叶热传导定律一致,但是在稀薄区域其非线性关系逐渐增强,即NCCR模型大大扩展了应力-应变和热传导-温度梯度的本构关系,为稀薄气体流动模拟提供了新的途径。为解决NCCR模型强非线性难题,发展了混合模态间断伽辽金求解NCCR和流动守恒方程的数值算法,成功避免了NCCR边界条件高阶量赋值的难题。并对典型亚声速、超声速NACA0012翼型绕流、高超声速圆柱绕流、极高马赫数圆柱绕流、微尺度激波-涡干涉、连续稀薄渐变算例、方腔流动进行了数值计算和验证。结果表明,在稀薄区域,NCCR模型准确捕捉到了流场信息,吻合于蒙特卡罗直接模拟(DSMC)或实验结果,包括:压力分布、速度分布、温度分布、壁面热流等。对圆柱绕流的进一步研究发现NCCR在低努森数下与Navier-Stokes方程结果相同,随着努森数升高两者差距逐渐扩大且在高努森数下NCCR吻合于DSMC和实验结果,从侧面证明了基于NCCR理论用同一套方程解决连续稀薄耦合流动的可能性。