微納尺度導(dǎo)熱過(guò)程中溫度過(guò)幅射現(xiàn)象的研究.pdf

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

2、內(nèi)的多余熱量不能被有效及時(shí)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(dǎo)熱過(guò)程中的溫度過(guò)幅射現(xiàn)象具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。本文基于不同的非傅立葉導(dǎo)熱模型，對(duì)微納尺度材料內(nèi)的溫度過(guò)幅射現(xiàn)象及其產(chǎn)生條件進(jìn)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(dǎo)熱方程與雙曲型導(dǎo)熱方程的不同。研究結(jié)果表明，在CV導(dǎo)熱模型中，熱以波動(dòng)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(dǎo)熱

3、區(qū)域內(nèi)部會(huì)發(fā)生顯著的溫度過(guò)幅射現(xiàn)象。同時(shí)還研究了二維矩形區(qū)域內(nèi)的溫度過(guò)幅射現(xiàn)象，分析結(jié)果表明，同樣的邊界條件下，二維區(qū)域內(nèi)的溫度過(guò)幅射幅度遠(yuǎn)高于一維的情形。
　　 基于雙相滯導(dǎo)熱模型，研究了薄膜導(dǎo)熱過(guò)程中邊界條件對(duì)溫度過(guò)幅射現(xiàn)象的影響。結(jié)果表明，只在薄膜一側(cè)施加溫度擾動(dòng)，另一側(cè)保持初始溫度時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生溫度過(guò)幅射現(xiàn)象;當(dāng)薄膜兩側(cè)的溫度都高于初始溫度時(shí)，在一定條件下會(huì)產(chǎn)生溫度過(guò)幅射現(xiàn)象，而且過(guò)幅射的幅度在兩側(cè)溫度相同時(shí)達(dá)到最大值;當(dāng)

4、一側(cè)施加溫度擾動(dòng)，另一側(cè)為絕熱或與恒定溫度的環(huán)境對(duì)流時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生溫度過(guò)幅射現(xiàn)象。
　　 由于在納米尺度導(dǎo)熱過(guò)程中導(dǎo)熱介質(zhì)的尺度對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響不能忽視，因此，本文基于反映尺度效應(yīng)的改進(jìn)的CV模型，分析了尺度效應(yīng)對(duì)溫度過(guò)幅射現(xiàn)象的影響。發(fā)現(xiàn)在一維納米尺度導(dǎo)熱過(guò)程中，發(fā)生溫度過(guò)幅射現(xiàn)象的條件是:Kn＞1.103，并且Kn越大，溫度過(guò)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(dǎo)熱過(guò)程中的溫度過(guò)幅射現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)聲