一维非线性热传导方程的孤波解

研究了线性情形中热传导方程的局限性,在此基础上考虑到热传导方程中导热系数、比热容、密度与温度的关系。导出了非线性热传导方程,并求出了几类非线性热传导方程的孤波解．     

半无限体亚表面球形缺陷的热波多重散射

基于非傅里叶热传导波动型方程,采用镜像方法和波函数展开法,研究了半无限固体结构中亚表面球型缺陷的热波多重散射问题.基于热传导波动模型给出了热波散射问题的一般解.温度波由调制光束在材料表面激发,缺陷表面的边界条件为绝热.分析了结构几何和物理参量对温度分布的影响,给出了温度变化的数值结果.研究结果可为固体材料激光测试、红外热波成像等问题提供理论基础和参考数据.     

简谐温度边界条件下金属薄膜中的热响应

从金属中电子-声子相互作用的抛物两步热传导模型出发,利用非经典的双相迟滞热传导方程,推导出了金属薄膜温度响应的拉普拉斯变换解,并利用黎曼和近似的方法得到了其拉普拉斯逆变换解,通过对几种膛代表性的温度响应算例进行分析,讨论了在微时间和微空间尺度条件下金属薄膜的热响应特征,计算表明,不同的特征参数B预示着不同的热响应温度和热传播速度,热传播速度随B的增大而加快,当B大于等于0、小于等于0.25时,絷响应温度随B的增大而减少;当B大于0.25时,热响应温度随B的增大而增加。     

晶格振动对热传导的贡献

固体的热传导在高温时主要由长声学格波的振动贡献。长声学波的速度与连续介质的弹性波相同，代表原胞质心的振动。在高温时主要由格波传播速度和声子的平均自由程决定；极低温度下起作用的是声子碰撞的倒过程，必须有短波参与才有可能发生。     

球体表面受任意周期热扰动时非傅里叶导热的求解与分析

为研究球体表面遭受任意周期温度变化这类非傅里叶传热情形下的热波传播特性,采用双曲线型热传导方程来描述该超急速热传导问题。首先,利用分离变量法和Duhamel积分原理,得到了球体表面温度突然变化时和以简谐规律周期变化时这两种情况下的解析解;然后,在此基础上应用傅里叶级数展开法和叠加原理,获得了球体表面温度任意周期变化时的非傅里叶热传导的温度场。利用得到的解析表达式进行数值模拟,分析了不同热松弛时间、不同时刻和不同位置对温度响应的影响,讨论了非傅里叶热传导模型所给出的温度响应与傅里叶热传导模型的差别。结果表明:非傅里叶热传导模型所给出的温度响应曲线存在一系列有序的阶跃点,其响应的幅值随着热松弛时间的减小而减小。这种方法能够处理许多在生产实际中具有周期边界条件的非傅里叶热传导问题。     

脉冲波形对牙齿温升过程的影响

为激光照射技术在临床牙齿疾病治疗中的应用提供理论依据,采用Crank-Nicolson有限差分法,求解热传导方程,模拟了Nd:YAG脉冲激光照射牙齿温升过程,研究了脉冲波形(矩形波、左三角波、正三角波、右三角波和高斯波等)对温升过程的影响.结果表明:矩形波照射时,牙齿表面温度最高,牙髓温度最低;高斯波照射时,牙齿表面温度最低,牙髓处温度最高.随着激光能量密度增大,不同波形照射引起的牙齿表面温差增大,牙髓温差减小.给出了5种波形照射牙齿表面时能量阈值.     

温度和缓冲气压对单光子简并四波混频的影响

为了研究钡原子的里德堡态,利用单光子共振简并四波混频测量了Ba原子的6s6p1P1能级,获得了不同实验条件下四波混频谱信号.结果发现:温度和入射激光强度对简并四波混频谱线的影响比较明显,而缓冲气体压强对简并四波混频谱线的影响较小,实验结果将对钡原子里德堡态的实验研究提供有益的参考.     

光纤λ/4波片的温度特性

分析光纤λ/4波片的温度特性,讨论应力双折射的熊猫型光纤和几何双折射光纤制成的λ/4波片的相位延迟随温度变化的改变情况,得出几何双折射光纤制成的λ/4波片更为稳定.对自制的两种光纤λ/4波片进行实际测量,实验结果显示,用几何双折射光纤制成的λ/4波片比用熊猫型光纤制成的λ/4波片在-40～60 ℃的温度范围内具有更好的温度特性.     

基于化学反应的膛口温度场孤立波解

膛口流场是由从膛内高速流出的膨胀不足的非定常射流与膛口空气的相互作用而形成的。在这过程中伴随着涡流和冲击波等现象的发生．其中，燃气与空气中氧作用而发生爆燃．形成中心焰和二次焰．由此可见，膛口火焰区是一个极为复杂的带有键式化学反应的区域，必然是一个同时有热传导，扩散，对流及化学反应起作用的区域．火焰的形成与传播同温度和反应物浓度及其分布有关．该文针对膛口温度场的中心焰及二次焰形成与传播机制，考虑到化学反麻、热传导、扩散等，建立了膛口温度场的一维物理模型．从孤立波的角度解释了膛口火焰的形成机理，理论与实验符合得较好。     

金属薄膜中的微尺度热传导

为解决微尺度下金属薄膜中的热传导问题，利用电子-声子相互作用的抛物型两步热传导模型，考虑金属晶格对热传导的效应，研究了一半无限大金属薄膜在边界上受简谐温度作用的一维热传导问题，应用拉普拉斯变换及数值反变换技术，得到了温度的分布，并考虑了金属晶格相对热扩散率F1、电子相对热扩散率Fe、热松弛时间比B及外加简谐温度频率ω的效应对金属薄膜中温度分布的影响．研究结果表明：晶格对温度分布有显著的影响；薄膜中的温度及热影响区随着Fe的增大而降低、变小，而随F1、B及ω的增大而增高、变大；热在薄膜中以有限的速度进行传播．     

考虑井筒热效应的气体井底压力计算

将井筒热效应考虑成一维热对流,将地层简化成热传导,使用Ramey定义的综合换热系数将井筒温度与地层温度联系起来,从而建立温度方程,通过解析求解得到温度变化函数.由气体状态方程将温度与压力联系起来,得到由于温度变化而产生的附加压力,将这一附加压力通过内边界条件加入到气体渗流方程中,最终得到考虑井筒热效应的井底压力表达式.比较了考虑热效应与不考虑热效应井底压力的不同,并使用某油田一个实例验证了考虑热效应时井底压力表达式的正确性.     

地表温度异常机理及热红外遥感监测——以河南焦作煤层气富集区为例

在地表能量辐射平衡理论分析的基础上,从岩石热传导、土壤热传导以及煤层气储层影响热导率等方面分析了地下热传导,探讨了地球内部热量传递导致地表温度异常的原因.选择河南焦作煤层气富集区作为热红外遥感监测靶区,运用ASTER热红外遥感数据进行温度反演.首先利用大气辐射传输模型MODTRAN 4进行大气校正获得大气透过率,然后根据NDVI计算地表比辐射率,最后采用分裂窗简化算法反演地表温度.结果表明: 研究区温度反演最低为296.62K,最高为302.67K,部分研究区呈现显著温度异常.通过分析该区域温度异常的不同原因,注意到富含煤层气对应的靶区呈现温度异常,根据地下热传导机理,据此推断该靶区温度异常是由于地下煤层富含煤层气从而导致地下热导率低于周围地层的热导率所致,该结论仍需要应用其他手段进一步验证.     

自然环境中混凝土内微环境温度响应

研究了有/无遮挡条件对自然环境中一维混凝土内微环境温度响应的影响规律.基于傅立叶传热原理和第三类边界条件,推导出2种工况下的一维混凝土内微环境温度响应模型,并利用现场试验结果论证了所建模型的合理性;此外,还提出了利用实测结果求解混凝土的热扩散系数和表面换热系数等参数的方法.试验结果表明:所构筑的不同工况条件下的混凝土内微环境温度响应模型可表征混凝土内微环境温度响应变化规律,其理论拟合曲线与实测结果基本吻合;有/无遮挡条件对混凝土内微环境温度响应影响较大,主要体现在温度响应波幅、极值和出现时间等方面,这是因为主导混凝土与环境间的换热方式不同;基于理论推导和实测结果所解出的混凝土热扩散系数和表面换热系数等参数的精度较高.     

基于温度场近似分析解的铸轧辊套热应力解析模型

双辊连续铸轧是一种高效制备金属薄带坯的先进技术.在双辊连续铸轧过程中,铸轧辊套起结晶器与热轧辊双重作用,直接完成结晶凝固与热轧变形过程,其使用性能与其热应力场密切相关.根据铸轧辊套温度场的特点,运用Galerkin方法,得到了铸轧辊套温度场的近似分析解;对铸轧辊套的热应力场进行了数学描述,并应用Airy应力函数法,获得了铸轧辊套热应力解析模型.图1,参12.     

Thermal wave propagation in graphene studied by molecular dynamics simulations

The transient heat conduction in both armchair and zigzag-edged graphene ribbons pulsed by local heating with a duration of 1 ps was studied using nonequilibrium molecular dynamics simulations. The results show that the heat pulse excites two waves which indicates non-Fourier heat conduction. One of the two waves is a sound wave （first sound）, which has macroscopic momentum and propagates at the speed of sound. The other is a thermal wave （second sound）, whose propagation speed is 1/√3 of the sound velocity. The sound wave excited by the heat pulse is a longitudinal wave, whose energy is only transported in the longitudinal direction. The thermal wave excited by the heat pulse is generated by transverse lattice vibrations, with the energy only having the transverse component. The observed anisotropy of the transient heat conduction suggests that the system is in a non-equilibrium state during propagation of the heat pulse. Further statistical analyses show that the displacement of the heat pulse energy is related to the time as 〈σ2〉 ∝ t^1.80, which implies that heat transport is ballistic-diffusive transport in graphene. The higher proportion of the ballistic transport will lead to stronger heat waves. At the crest of the thermal wave, energy is transported ballistically, while in the diffusive region and during attenuation of the thermal wave, the energy is transported diffusively.     

基于傅立叶级数解的导温系数现场测定

将路面温度场抽象为1维瞬态热传导方程,由分离变量法导出满足方程的傅立叶级数,推导出在已知界面温度时确定1维层状体瞬态温度分布的解答.基于路面温度场实测数据,提出用牛顿法反算路面材料导温系数的方法.在路面降温过程中路面温度沿深度单调变化时,傅立叶级数解取50项就能够达到0.01℃的精度.实测数据分析结果表明:路面沥青层中上部导温系数较下部稍大,中面层AC-16导温系数为0.002 4m2.h-1,底面层AC-25为0.001 6m2.h-1,比大多实验室测定值低.     

太阳能斯特林热机循环热损失及热效率数值分析

基于实用施密特循环理论,在考虑流动阻力损失的基础上,建立太阳能斯特林热机的循环热损失及热效率数学模型.运用碟式太阳能斯特林热机的一个实例,着重分析了太阳能斯特林热机的各种热损失及热效率.研究结果表明：在各种热损失中,导热损失和穿梭传热损失所占的幅度相对较大,其中导热损失最显著.各种热损失与太阳能斯特林发动机的多种结构参数和设计性能参数密切相关,增加加热管内壁的温度,降低转速值可提高循环热效率.当热腔的温度大于750 K时,太阳能斯特林热机的循环热效率值将在卡诺效率值的65%~80%之间浮动.