小样品低温动态传热双相滞后模型的理论分析

采用双相滞后模型描述小样品在过冷液氮中快速运动时的温度分布,并同双曲型模型的结果进行了比较.研究结果表明,双相滞后模型和双曲型模型得到的温度分布的定性规律基本一致,但有定量的差别;当τT/τq=0.1时,DPL模型和C-V模型得到的温降最大相差10 ℃,当τT/τq=0.001时,DPL模型和C-V模型得到的温度变化并没有明显的区别,当τT/τq=0时,DPL模型退化成C-V模型.对于生物材料而言, 其松弛时间τq一般较大,因此对于生物样品的低温动态传热,采用DPL模型比C-V模型在定量上更为精确.     

小样品低温动态传热双相滞后模型的理论分析

采用双相滞后模型描述小样品在过冷液氮中快速运动时的温度分布，并同双曲型模型的结果进行了比较．研究结果表明，双相滞后模型和双曲型模型得到的温度分布的定性规律基本一致，但有定量的差别；当τT／τq=0．1时，DPL模型和C—V模型得到的温降最大相差10℃，当τT／τq=0．001时，DPL模型和C—V模型得到的温度变化并没有明显的区别，当τT／τq=0时，DPL模型退化成C—V模型．对于生物材料而言，其松弛时间τq一般较大，因此对于生物样品的低温动态传热，采用DPL模型比C—V模型在定量上更为精确．     

基于改进CV模型模拟超快激光加热过程

超快激光加热技术因其高精确性和高精细性等优点已广泛用于微/纳米薄膜和器件的加工中,而由此引发的超快速和超小尺寸的传热过程却无法由经典的傅里叶传热定律解释,因此研究超快激光加热薄膜的导热过程,对微/纳米薄膜和器件中散热器制造具有重要的理论意义。文章基于CV模型提出了一种的反映尺寸和记忆效应的改进导热模型(简称改进模型),用以求解超快激光诱导的薄膜中的一维热传递问题,并比较了CV模型结果。结果表明:改进模型展示出受热处温度迅速升高且峰值要高于CV导热模型的结果,而且薄膜内部的温度会随着克努森数的增加而升高;两个模型所得无量纲速度值会随着克努森数值的变化而发生改变;改进模型能够反映尺寸效应和记忆效应,从而可以描述有限热波传播速度对传热的影响。     

肝肿瘤温控射频消融温度分布的有限元建模

为了提高肝肿瘤射频温控消融温度分布的预测精度,建立了具有比例积分(proportional integral,PI)反馈控制器的射频消融温度分布仿真模型,并且研究了有限元模型中不同传热方程(Pennes和Hyperbolic生物传热方程)对温度分布的影响。首先,利用单电极热消融仪对离体猪肝进行温控射频消融实验,电极针尖稳态温度设定为90℃,消融时间为600 s,并利用测温针获得各测温点的热消融数据。然后,建立具有PI控制器的肝肿瘤温控射频消融有限元模型,其中PI控制器通过反馈调节电压源来使针尖温度与实测数据保持一致,传热方程分别采用基于非傅里叶传热规律的Hyperbolic方程和基于傅里叶传热规律的Pennes方程,生物组织电导率和导热率选用温度依赖性函数。最后,通过仿真温度和实测温度进行对比验证。结果表明,相比于Hyperbolic方程,采用Pennes方程的仿真模型具有较高的精度,各测温点的仿真温度与实验结果之间的标准偏差、平均误差和最大误差的均值分别为0. 78、1. 46、2. 90℃。因此,基于PI控制器和Pennes生物传热方程的肝肿瘤温控射频消融有限元模型能够有效地预测热消融温度。     

非结构网格中导热和辐射复合传热的数值计算

用基元（based-cell）-有限容积法FVM（Finite Volume Method）求解介质空间导热和辐射复合传热问题.在非结构化网格中离散复合换热方程,并编写计算程序.对复合换热方程中的辐射源项进行特殊处理,同时,结合复合换热方程和介质特性,找出无量纲参数光学厚度τ、导热辐射系数N和散射系数ω.并在非结构化四边形网格中,对这些参数的变化进行数值计算,从中得出这两种传热模型藕合的基本规律.当N=0.1和ω=0.1时,光学厚度τ在低温区,敏感性不断加大,并随着散射系数ω的增大而减小;当N=0.1和τ=0.5时,散射系数ω在低温区,在小于1的数量级时,比较敏感;当ω=0.5和τ=0.5时,导热辐射系数N的影响十分有限.     

导热规律为qα△1/T的三热源制冷机的最优性能

讨论了导热规律为qαΔ1/T,仅有热传导不可逆的三热源制冷机的最优性能,导出了有最大制冷率时的制冷系数,从而阐明了热阻的存在、导热规律的不同对三热源制冷机最优性能的影响。     

一类具有时滞的HIV感染模型的稳定性分析

研究了一类具有时滞的HIV体内感染模型,引入了以受感染T＊细胞释放出病毒的持续时间为时滞参数.通过Routh-Hurwitz准则和构造Lyapunov函数及对系统非负不变性分析,得出边界平衡点具有全局稳定性.并证明了存在临界值τ0,当τ〈τ0时,内部平衡点是局部渐近稳定的;当τ〉τ0时,内部平衡点是不稳定的;当τ=τ0时,系统具有Hopf分支.最后利用Matlab软件进行数值模拟并验证了分析的合理性.     

超短激光脉冲作用下碳纤维复合材料的热动力学分析

以T300碳纤维复合材料为研究对象,借助有限元分析软件,分别用单温模型和双温模型对不同激光脉冲宽度下T300碳纤维复合材料的电子和晶格温度进行计算,并与金属铜进行比较.分析结果表明,激光脉冲宽度会影响材料电子温度峰值与电子晶格耦合时间;当激光脉冲宽度大于10 ps时,单温模型和双温模型计算得到的晶格平衡温度差异较小,但当激光脉冲宽度低于10 ps时,两种模型计算结果存在较大差异.     

超快激光加热薄膜的格子玻尔兹曼模拟

超快激光加热技术已广泛用于微/纳米器件中,传统的傅立叶导热定律不能有效地描述超快速和超小尺寸的传热问题,因此研究超快激光加热纳米尺度薄膜的传热过程,对微/纳米器件中散热器制造具有重要的理论意义。文章采用格子玻尔兹曼方法(LBM)数值模拟激光加热薄膜的热传导过程,并与傅立叶定律获得的结果进行比较分析。结果表明:在系统特征尺度和分子平均自由程相当的过渡区,LBM结果中当薄膜受到激光扰动后其内部的热量传递会出现波状行为,但傅立叶定律的结果却无法展示这一现象;利用LBM数值模拟激光加热硅薄膜的一维导热问题,发现克努森数对薄膜内无量纲能量密度的分布具有重要的影响;当利用超快激光对加热硅薄膜的2个表面同时加热时,会产生2组沿相反方向传播的热波,当其交汇时,彼此的碰撞会引发能量的显著提升。     

基于误差补偿傅里叶算法的微机继电保护

针对傅里叶算法不能滤除衰减直流分量的缺点,对该算法进行改进,通过对衰减直流分量的正、余弦分量进行系数补偿,消除了衰减直流分量的影响。利用MATLAB工具对改进傅里叶算法和传统傅里叶算法的计算结果进行仿真,由仿真结果可知,在不考虑非整次谐波分量影响时,改进傅里叶算法对滤除电流、电压故障信号中的衰减直流分量的效果十分理想。在此基础上,通过建立电力系统线路故障仿真模型,进一步验证了改进傅里叶算法能将计算误差由传统的10%降低至不到1%,在实际电力系统中具有可行性。     

Non-Fourier heat conduction in a thin gold film heated by an ultra-fast-laser

Based on the dual-phase-lagging(DPL)heat conduction model,the Cattaneo-Vernotte(CV)model and the improved CV model we investigate the one-dimensional heat conduction in gold films with nano-scale thickness exposed to an ultra-fast laser heating.The influence of system parameters on the temperature field is explored.We find that for all the non-Fourier heat conduction models considered in this work,a larger Knudsen number normally leads to a higher temperature.For the DPL model,the large ratio of the phase lag of temperature gradient to the phase lag of heat flux reduces the maximum temperature and shortens the time for the system to reach its steady state.The CV model and the improved CV model lead to the similar thermal wave behavior of the temperature field,but the thermal wave speeds for these two models are different,especially for large Knudsen numbers.When the phase lag of temperature gradient is smaller,the difference between the DPL model and the improved CV model is not significant,but for the large phase lag of temperature gradient the difference becomes quite significant,especially for the large Knudsen number.In addition,the effect of the surface accommodation coefficient,which is a parameter in the slip boundary condition,on the temperature field of the gold film heated by ultra-fast laser pulses is investigated based on the DPL model.     

基于纯声子散射模型的纳米薄膜热传导分析

起粘结作用的薄膜结构厚度达到纳米尺度时,应用由微尺度观点建立的非傅立叶热传导模型分析其性能。文章采用纯声子散射模型分析绝缘薄膜结构的温度场和热应力,并与用在宏观尺度下的傅立叶热传导模型所得结果进行比较,同时研究绝缘薄膜结构热物理性能参数对温度场和热应力的影响。研究表明：采用纯声子散射模型分析结果与傅立叶热传导模型所得结果有明显区别,绝缘薄膜结构热物理性能参数对温度场和热应力也有显著影响。     

非平衡分子动力学模拟晶体薄膜热导率

利用非平衡分子动力学(NEMD)模拟方法计算了氩晶体薄膜的热导率.当薄膜厚度达到微纳米量级时,热传导过程产生非Fourier效应,计算热导率的Fourier公式已不再适用,故采用松弛时间近似的Catta-neo方程求解热导率.计算结果表明,当薄膜尺寸达到微纳米量级时,热导率是温度的非线性函数.     

非傅立叶模型层状复合陶瓷结构热传导分析

用非傅立叶热传导模型分析层状复合陶瓷结构的温度场,并与单热涂层结构的结果进行比较,同时进一步研究了夹层热物理性能参数对温度场的影响。研究表明：夹层可以有效地减缓内部结构的温度变化,夹层热物理性能参数（如：松弛时间、声速）对结构层的温度场有明显影响。     

激光切割筛管中的温度场与热影响区研究

在求解温度场的数学模型时,采用了更接近实际状况的变物性非线性热传导方程.应用有限元法,数值求解了激光切割这种高能流密度、移动点热源所形成的非稳态温度场,得到了激光切割石油筛管过程的传热规律.结果表明:激光切割石油筛管的过程是在热源附近形成一个准稳定高温区,即对于以热源中心为原点的移动坐标系,该温度区内的温度不随时间而变化,并且不同输出功率的热影响区不同.     

高斯长脉冲激光辐照单晶硅温度场的数值模拟

建立二维轴对称模型,通过Matlab软件对长脉冲高斯激光与单晶硅相互作用的加热过程进行数值模拟。分析不同激光功率密度和辐照时间作用下单晶硅的温度分布和温度历史, 估算单晶硅的熔融损伤阈值和热量沉积深度。结果表明:单晶硅的熔融损伤阈值的功率密度I₀=0.22 MW/cm2且激光热量沉积深度大约在1 mm范围内; 单晶硅的温度随激光功率密度和辐照时间的增加而升高,且随着光斑半径方向的延伸与靶材厚度的增加而逐渐减小; 在脉冲作用期间,硅表面中心温度迅速上升,这主要由高斯激光的能量分布特点决定; 在激光作用结束后,辐照区的热量通过热传导效应从高温区向低温区转移,单晶硅的表面中心温度随时间的增加而缓慢下降, 最后趋于室温。     

有限厚度材料内不同导热模型一维温度场的计算

分别采用抛物线导热模型和双曲型导热模型对有限厚度材料内部的热传导进行了研究,通过理论分析和数值计算,发现在不同导热模型下,材料内部的温度场分布有十分显著的差别,特别在双曲型导热模型下,材料内会出现过热或过冷的等非常规现象,这对于生物质传热和激光加工过程中温度的控制有重要意义。     

直接金属选区激光多道烧结温度场有限元模拟

局部输入的集中移动激光热源势必造成直接金属选区激光烧结过程中温度场分布不均匀、不稳定。研究多道激光烧结对掌握烧结过程中温度场动态分布及不同烧结道的相互影响规律具有重要意义。在考虑随温度变化而变化的热传导、比热容等热物性参数的作用下，建立直接金属多道烧结的三维温度场有限元模型。采用ANSYS参数化设计语言模拟多道烧结的热源移动，用焓处理相变潜热的影响。模拟结果显示：随着烧结过程的进行，随后的烧结道具有越来越大的热影响区域，且热影响区域的不均衡性越来越明显；极大的温度梯度发生在激光束扫描方向改变时的烧结件边沿区域。模拟结果的最高温度、平均温度与先前的实验结果一致。     

Electrothermal energy conversion mechanism of micro-scale semiconductor bridge

The response characteristics of resistance is observed by the analysis of experimental data of micro-scale semiconductor bridge(MSCB)under different voltage inputs.Two critical voltages are found.One is called exploding voltage,above which the MSCB can be melted and vaporized without generating a plasma,and the other is called producing a plasma voltage,above which the MSCB is entirely vaporized,and then the current flows through the vapor producing the plasma.Based on the non-Fourier heat conduction theory,the electrothermal energy conversion model is established for the stage from heating to exploding,and then the correlation of MSCB and time is obtained by graphic calculation.Importantly,the critical exploding voltage and exploding time are also derivate.With the comparison between the analytical result from the theoretical model and that from experimental data,it has been demonstrated that the theoretical model is reasonable and feasible for designing the exploding voltage and exploding time.     

真空纸浆模塑模具传热数值模拟

基于传热理论，建立了描述DZJ—A型全自动快餐具纸浆模塑生产线的热压干燥模具传热数学模型并进行了有限元计算，计算结果与实测值相比较，二者基本吻合。通过对不同节点温度时间关系曲线分析，表明模具温度场的分布与节点距离加热板位置有关，而温度分布的不均将会影响纸浆模塑制品质量。该研究结果对模具结构的优化具有指导意义。