微納尺度導熱過程中溫度過幅射現(xiàn)象的研究.pdf

1、傳統(tǒng)的傅立葉導熱定律隱含了熱傳播速度無限大的假設，即如果導熱介質內(nèi)某點處突然施加熱擾動，介質其他部分會同時感受到溫度的變化。在現(xiàn)代納米材料導熱及高熱流瞬態(tài)導熱過程中，熱作用的時間往往小于材料的熱弛豫時間，因此導熱不再是擴散過程，熱以有限速度傳播。在此情況下，熱傳播介質中的溫度分布不同于應用傅立葉定律所得出的溫度分布。在無內(nèi)熱源的情形下，介質內(nèi)部的溫度有可能超過邊界溫度或初始溫度，即發(fā)生溫度過幅射現(xiàn)象。當發(fā)生溫度過幅射現(xiàn)象時，如果導熱介質

2、內(nèi)的多余熱量不能被有效及時地排出，則有可能降低納米元件的性能，甚至造成損壞，因此研究微小尺度固體導熱過程中的溫度過幅射現(xiàn)象具有重要的科學意義和應用價值。本文基于不同的非傅立葉導熱模型，對微納尺度材料內(nèi)的溫度過幅射現(xiàn)象及其產(chǎn)生條件進行了系統(tǒng)的研究。
　　 本文首先基于傅立葉定律和CV模型比較了傳統(tǒng)拋物型導熱方程與雙曲型導熱方程的不同。研究結果表明，在CV導熱模型中，熱以波動的形式傳播，并且其傳播速度為有限值，在特定邊界條件下，導熱

3、區(qū)域內(nèi)部會發(fā)生顯著的溫度過幅射現(xiàn)象。同時還研究了二維矩形區(qū)域內(nèi)的溫度過幅射現(xiàn)象，分析結果表明，同樣的邊界條件下，二維區(qū)域內(nèi)的溫度過幅射幅度遠高于一維的情形。
　　 基于雙相滯導熱模型，研究了薄膜導熱過程中邊界條件對溫度過幅射現(xiàn)象的影響。結果表明，只在薄膜一側施加溫度擾動，另一側保持初始溫度時，不會產(chǎn)生溫度過幅射現(xiàn)象;當薄膜兩側的溫度都高于初始溫度時，在一定條件下會產(chǎn)生溫度過幅射現(xiàn)象，而且過幅射的幅度在兩側溫度相同時達到最大值;當

4、一側施加溫度擾動，另一側為絕熱或與恒定溫度的環(huán)境對流時，也會產(chǎn)生溫度過幅射現(xiàn)象。
　　 由于在納米尺度導熱過程中導熱介質的尺度對導熱系數(shù)的影響不能忽視，因此，本文基于反映尺度效應的改進的CV模型，分析了尺度效應對溫度過幅射現(xiàn)象的影響。發(fā)現(xiàn)在一維納米尺度導熱過程中，發(fā)生溫度過幅射現(xiàn)象的條件是:Kn＞1.103，并且Kn越大，溫度過幅射現(xiàn)象越明顯。
　　 最后，利用格子玻爾茲曼方法研究了薄膜導熱過程中的溫度過幅射現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)聲