瞬态非傅里叶导热效应判据的探讨

讨论了通用傅里叶导热定律的数学模型,推导了半无限大物体在第一类边界条件下的基于非傅里叶导热定律的双曲线型偏微分方程的解析解.通过分析非傅里叶导热定律在瞬态条件下温度分布的变化过程,提出了非傅里叶导热效应的瞬态判据以及非傅里叶导热的作用范围,对研究工程中瞬态导热问题(如激光处理,电子束处理等)有重要意义.     

高功率短脉冲激光照射下冷冻生物组织内热传导的实验研究

本文采用响应时间为1μs的超小型薄膜铂热电阻温度计及日本YOKOGAWA DL2700高速数字示波器,对微秒量级脉冲激光照射下冷冻生物组织内的热传导进行了实验研究。结果发现,在激光脉宽较短时,在冷冻组织内观察到了非傅里叶导热现象。脉宽越小,组织厚度越薄,非傅里叶导热特征越明显。而功率密度和光斑直径只影响温度上升的高低,对是否会出现非傅里叶导热没有影响。     

脉冲方波驱动强化热电制冷的瞬态特性

采用有限差分法对脉冲电压驱动下的瞬态热电效应及其动态特性过程进行了理论分析,探索了非稳态工况下帕尔帖效应、焦耳热效应与傅里叶导热效应之间的耦合关系及其关键制约因素对制冷性能的影响规律,进而探讨了脉冲驱动强化热电制冷性能的作用机理。分析结果得到,在合理电压域值内采用主动控制方法,对热电模块周期性施加数倍于稳态工况理想电压的脉冲突变电压,有益于充分利用帕尔贴制冷效应而推迟出现以焦耳热和傅里叶热耗散形式为主的内部热积聚对热电模块冷端引起的负效应,并能瞬态实现冷端面的制冷强化作用和最大程度实现输入电能的有效转换。该结论不仅为进一步提出脉冲驱动模式的优化控制策略提供了理论依据,也为瞬态热电制冷效应的应用开辟了一条新思路。     

激光辐照生物组织双相位滞后模型的温度分析

为了研究激光照射下生物组织内的非傅里叶导热现象,采用双相位滞后生物传热模型进行了理论分析和实验验证,并与Pennes模型、热波模型的研究结果进行比较,当热流量相位延迟τQ和温度变化率的相位延迟τT取不同的数值时,双相位滞后模型中的非傅里叶导热表现为不同的形式。结果表明,当τQ和τT都非常小时,双相位滞后模型的结果接近于传统的傅里叶热传导方程;当τQ增加时,它趋于引起更多的热波效果。这一研究结果可望对医学中的激光临床问题具有一定的帮助。     

脉冲激光加工硅钢片的非傅里叶导热分析

脉冲激光加工具有显著降低取向硅钢片（变压器用）铁损的作用，但硅钢片表面绝缘涂层总是受到破坏。本文通过实验研究，观察与分析了脉冲激光加工对硅钢片的铁损、磁畴结构和金相结构的影响，结果发现，在纳秒级强脉冲激光加工的作用下，涂层破坏很难避免，而且位错深度异常之大，与传统的傅里叶导热理论分析结果相矛盾，对此，文中引用非傅里叶导热理论进行了分析和解释。     

NURBS曲面建模的电大目标的宽带RCS快速计算

该文采用物理光学方法(PO),快速计算了非均匀有理B样条 (NURBS) 曲面建模的电大目标的时域瞬态散射和宽带雷达截面(RCS)。通过对频域物理光学散射场表达式进行逆傅里叶变换推导出卷积形式的瞬态散射表达式;对频域物理光学积分进行逆傅里叶变换得到时域物理光学积分的表达式。为了避免数值积分的使用,将NURBS曲面等参数离散为一组三角面片,运用Radon变换得到了时域和频域物理光学积分的精确闭式表达式。遮挡消隐时使用改进的z-buffer方法进行了加速。对时域瞬态散射场快速傅里叶变换得到目标的宽带RCS。文中计算了高斯脉冲平面波入射下模型的瞬态散射响应和宽带RCS,数值结果表明该文方法具有很高的计算精度,且计算速度快于传统时域物理光学法(TDPO)。     

声光频谱分析仪对瞬变信号参数的提取算法研究

声光频谱分析仪利用声光调制技术和空间傅里叶变换原理,实现高带宽信号的频谱测量。本算法通过将被测信号的空域傅里叶变换,数据按瞬态时-空关联输出并进行一定运算处理就可获取信号瞬态时频域全参数信息。仿真结果表明,信号频率还原率在99.5%以上,信号漏检率小于0.2%。     

声光频谱分析仪对瞬变信号参数的提取算法研究

声光频谱分析仪利用声光调制技术和空间傅里叶变换原理,实现高带宽信号的频谱测量。本算法通过将被测信号的空域傅里叶变换,数据按瞬态时 空关联输出并进行一定运算处理就可获取信号瞬态时频域全参数信息。仿真结果表明,信号频率还原率在99.5%以上,信号漏检率小于0.2%。     

超快激光加热技术传热理论研究进展

超快激光加热技术逐渐应用于诸多领域,其中涉及到的导热机制受到了广泛关注。传统的傅里叶传热定律不足以正确描述超快速过程的导热机制,因此结合本课题组在超快激光加热技术传热理论领域的研究成果,综述了超快激光加热技术的传热理论研究概况,对近年来受到关注的格子Boltzmann方法、蒙特卡罗方法和分子动力学方法在超快激光加热传热理论研究中的应用也进行了介绍,并展望了超快激光加热技术传热理论的研究方向。     

LabVIEW时频分析在地空瞬变电磁信号处理中的应用

地空瞬变电磁信号中含有大量干扰噪声,尤其是晚期信号干扰影响较大,若不对其进行滤波处理,将会影响瞬变信号的分析及反演成像的质量。传统的傅里叶变换不能分辨正常信号中夹带的瞬态反常现象,也不能展示其成分,无法满足非平稳信号的分析要求;而瞬变电磁信号是一种动态、瞬态的信号。因此采用短时傅里叶变换(STFT)进行数据分析,并开发了一套基于LabVIEW的预处理软件,用于现场快速分析地空瞬变电磁信号。实验结果表明,预处理软件对地空瞬变电磁的分析和滤波处理是可行有效的,便于及时评价滤波效果,为进一步确定信号滤波方法提供了依据。     

激光冲击作用下材料的非Fourier热弹性响应

从修正的Fourier热传导定律出发,讨论了激光在一维半无限介质中产生热击波的传播规律。在短时和长时近似下,得到了解析表达式。短时近似解反映非Fourier行为,长时解则退化为经典Fourier热传导定律下的热力耦合波解。     

An inhomogeneous thermal block model of man for the electromagnetic environment

An inhomogeneous thermal block model of man with 476 cubical cells has been developed. It incorporates inhomogeneous blood flow rates, metabolic heat production, specific heats, and thermal conductivities, obtained by volume-weighted averaging of the values for eleven different tissue types which constitute the human body. The transient heat conduction equation for the thermal model includes the effects of internal metabolic heat generation, electromagnetic energy deposition, heat conduction through the tissues, convective heat transfer by blood, evaporative heat dissipation by sweating and insensible perspiration, respiratory heat loss, and heat transfer to the environment by radiation and convection. The standard implicit finite difference technique has been utilized to solve the three-dimensional heat conduction equation.     

基于ABAQUS的金属粉末激光直接烧结温度场模拟

金属粉末激光直接烧结成形是激光快速制造技术重要的发展方向。为了掌握激光烧结中熔池的加热和冷却规律及各烧结道之间的相互影响，综合考虑热传导、热辐射和热对流及变热物性参数，基于ABAQUS平台建立了移动热源作用下的三维瞬态金属粉末激光末激光多道烧结温度场的有限元模型，利用用户子程序DFLUX实现热源移动，通过定义潜热来处理相变的影响，以水雾化铁粉作为烧结材料进行了模拟，摸拟结果与先前实验结果吻合较好。同时模拟结果表明此计算模型有助于估计实验激光功率密度，烧结密度及烧结深度；并为后续的残余应力的精确计算做好了准备。     

激光手术中喷嘴尺寸对制冷剂闪蒸喷雾冷却表面传热特性的影响

制冷剂闪蒸喷雾冷却(CSC)已经成为激光治疗葡萄酒色斑等皮肤病手术中的标准冷却辅助手段。为优化喷嘴设计,进一步增进冷却效率和改善治疗效果,搭建了制冷剂闪蒸瞬态喷雾冷却实验台,设计了8个不同内径和长度的直管型喷嘴,采用先进的磁控溅射沉积薄膜热电偶测温方法,应用杜哈梅尔定理计算表面热流密度,定量研究了不同喷嘴对冷却表面传热特性的影响,并对其传热规律和雾化特性进行了系统的分析比较。此外,提出了评价喷嘴冷却效率标准,给出了采用不同几何尺寸喷嘴时冷却表面换热量随喷雾距离的变化规律。     

激光强化渗氮过程的数值模型及分析

根据傅里叶传热方程和修正的菲克定律,建立了瞬态激光氮化温度场和浓度场的耦合模型,考虑移动热源形成的温度梯度对氮扩散的影响.有限元模拟分析了激光氮化工艺过程温度场和浓度场的分布规律.结果表明,严格控制氮化温度,反复调整热流密度和扫描速度,得到各自的临界值,可作为工艺可调参考范围.修正的扩散方程考虑了温度梯度对氮扩散的影响,较真实地反映了激光热作用下氮的扩散过程,得到了整个氮化层的厚度.区别于常规氮化工艺,激光氮化扩散的主动力足高的表面温度梯度,浓度梯度的影响减弱.增大热流量和降低扫描速度,都将使氮化深度增加,但参数的选择太高或太低,均得不到高质量的氮化结果.