适用于金属材料的热质两步模型及普适导热定律

基于爱因斯坦质能关系提出的热质理论揭示了热量传递的本质,具有广泛的应用前景。对于电介质材料已经建立了完善的热质模型和普适导热定律,然而金属中电子是热量的主要载体,在超快速加热条件下存在电子和晶格之间的非平衡热传导,需要对平衡态的热质模型进行修正。本文提出了一种适用于金属材料的热质两步模型,并且建立了相应的普适导热定律,为实验研究超快速热量传递机制奠定了理论基础。

热惯性对热弹性行为影响的渐近分析

当热作用时间或受热器件结构尺寸呈现微尺度特征时,热流运动的惯性效应将对热量的传递过程产生显著地影响.基于热质的概念,依据牛顿力学原理引入用于描述热质运动的热波方程,结合各向同性材料的本构关系,构建了计及热流运动惯性效应的广义热弹性动力学模型.利用超常传热的微尺度特征,采用解析的方法对半无限大体外表面受热冲击作用的一维问题进行了渐近求解.通过对热波、热弹性波的传播和各物理场分布的分析以及与已有广义热弹性理论预测结果的对比,揭示了热流运动的惯性效应对热弹性行为的影响.结果表明:热量的传递除了受到热流加速的时间惯性影响之外,热流运动的空间惯性也对传热行为产生影响,当计及空间惯性时,热波、热弹性波的波速、波前位置,各物理场的建立时间、阶跃峰值及阶跃间隔均受到不同程度的影响.