非平衡热输运边界条件影响研究

毛煜东, 刘守宇, 李鑫伟, 于明志

山东建筑大学学报 ›› 2024, Vol. 39 ›› Issue (05) : 46-53.

非平衡热输运边界条件影响研究

  • 毛煜东, 刘守宇, 李鑫伟, 于明志
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摘要

当材料的特征尺寸小到与声子平均自由程相当,或特征时间短到与声子弛豫时间相当时,准平衡假设就不再有效,系统内会产生非局部效应。此时,边界条件将成为影响非平衡热输运的重要因素之一。超快速激光加热纳米薄膜是反映此类问题的典型案例,其传热过程中不仅热影响时间极短,而且作用区域还在纳米尺度。文章研究了不同边界条件对纳米硅薄膜非平衡热输运的影响,分析了声子从扩散状态向弹道状态转变的特性。结果表明:采用镜面边界条件与反弹边界条件具有相似的热输运过程,薄膜内部能量密度差异较小;对流边界条件下薄膜内部热量持续向外界流失,其能量密度最低;通过改变对流方式,发现强制对流相比于自然对流会带走更多的热量;随着薄膜尺寸减小,边界条件对热输运的影响会增大。

关键词

非平衡热输运 / 边界条件 / 对流方式 / 纳米薄膜

中图分类号

TB383.2

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毛煜东, 刘守宇, 李鑫伟, 于明志. 非平衡热输运边界条件影响研究. 山东建筑大学学报. 2024, 39(05): 46-53

基金

山东省高等学校青创科技支持计划项目(2019KJH012); 济南市科研带头人工作室项目(2019GXRC056); 山东省自然科学基金项目(ZR2017BEE052)

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