亚表面异质缺陷对功能梯度材料表面温度场的影响

基于双曲型热传导方程,采用镜像法和波函数展开法,求解了含亚表面异质圆柱缺陷的半无限功能梯度材料的表面温度场,给出了功能梯度材料中热波散射的一般解.分析了亚表面异质圆柱缺陷的几何参数(如埋藏深度)和热物理参数(如导热系数、热扩散长度、热扩散率及热弛豫时间等)对功能梯度材料表面温度场的影响.温度波由调制的超短脉冲激光在功能梯度材料表面激发,异质圆柱缺陷表面的边界条件为导热边界.研究结果可望为功能梯度材料的红外热波无损检测、导热反问题提供计算方法和参考数据.     

亚表面圆柱体对热波的多重散射问题

极端条件下的传热问题是工程热物理研究中的重要课题。基于非傅里叶热传导定律,采用波函数展开法,研究了含圆柱缺陷非透明体中热波散射问题。基于热传导波动模型给出了物体中热波多重散射问题的一般解。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。具体分析了几何参量、各物理参量对温度分布的影响,特别分析了热波波长对温度变化的作用,并给出了温度变化的数值结果。研究结果可望为红外辐射技术、热波成像等问题的分析提供理论基础和参考数据。在检测金属材料缺陷空间分布的激光热波探测系统中应用。     

半无限体内双圆柱亚表面热波散射问题的研究

本文基于非傅里叶导热定律,采用波函数展开法,研究了含双圆柱缺陷非透明半无限体中热传播问题,给出了基于热传导波动模型的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,分析了各物理参数对温度分布的影响,特别是热波波长对温度变化的影响,并给出了温度变化的数值结果。     

功能梯度材料中异质圆柱夹杂的热波散射问题

基于非Fourier热传导方程,应用镜像方法考虑材料表面对热波的反射作用,采用波函数展开法研究了半无限功能梯度材料中亚表面异质圆柱夹杂的热波散射问题。给出了功能梯度材料中温度分布的一般解。分析了亚表面异质圆柱的几何参数(如夹杂大小、埋藏深度)和热物理参数(如导热系数、非均匀参数等)对功能梯度材料外表面温度的影响。热波可以通过谐和的调制激光加热在材料表面激发。本文可望为功能梯度材料的红外热波无损检测、热物理反问题的研究提供分析计算方法和参考数据。     

亚表面双球孔洞的热波散射与温度分布

基于非Fourier热传导方程,采用波函数展开法,对含双球形孔洞缺陷的半无限体材料内部的热波散射与温度分布进行了研究,给出了材料内部任一点温度的解析解和表面温度分布的数值计算结果。分析了孔洞的几何参数和物理参数对金属材料表面温度分布的影响。结果表明:相对热扩散长度、入射波波数和埋藏深度对表面温度分布的影响比较大,当孔洞间距较大时,可以忽略孔洞之间的热波散射。     

亚表面双球孔洞的热波散射与温度分布

基于非Fourier热传导方程,采用波函数展开法,对含双球形孔洞缺陷的半无限体材料内部的热波散射与温度分布进行了研究,给出了材料内部任一点温度的解析解和表面温度分布的数值计算结果。分析了孔洞的几何参数和物理参数对金属材料表面温度分布的影响。结果表明：相对热扩散长度、入射波波数和埋藏深度对表面温度分布的影响比较大,当孔洞间距较大时,可以忽略孔洞之间的热波散射。     

掠入射板条放大器链的热效应模拟分析

对LD泵浦的掠入射板条放大器链系统激光介质的热效应进行研究。针对掠入射放大器结构建立了相应的热力学模型,对激光介质的温度场分布、热致波前畸变和热透镜效应进行了详细的理论分析。利用有限元分析软件COMSOL模拟了晶体内部的温度、应力及应变的分布情况,并进一步讨论了板条厚度、泵浦尺寸以及种子光入射角对光程差和热透镜造成的影响。结果表明,随着泵浦光斑尺寸和种子光入射角的增大,光程差变小,热透镜效应减弱;板条厚度对光程差和热透镜的影响较小。模拟计算结果对于预测板条热效应的强弱、热效应的补偿,以及放大器链结构参数的设计提供了依据。     

掠入射板条放大器链的热效应模拟分析

对LD泵浦的掠入射板条放大器链系统激光介质的热效应进行研究。针对掠入射放大器结构建立了相应的热力学模型,对激光介质的温度场分布、热致波前畸变和热透镜效应进行了详细的理论分析。利用有限元分析软件COMSOL模拟了晶体内部的温度、应力及应变的分布情况,并进一步讨论了板条厚度、泵浦尺寸以及种子光入射角对光程差和热透镜造成的影响。结果表明,随着泵浦光斑尺寸和种子光入射角的增大,光程差变小,热透镜效应减弱;板条厚度对光程差和热透镜的影响较小。模拟计算结果对于预测板条热效应的强弱、热效应的补偿,以及放大器链结构参数的设计提供了依据。     

红外热波无损检测中材料表面下缺陷类型识别的有限元模拟及分析

鉴于红外热波无损检测中被检测物的形状、尺寸、材料和缺陷类型的不同，为给红外热波无损检测提供前期实验结果的预演，利用大型有限元分析软件ANSYS选择3种热特性差异较大的均匀材料，设计了三维模型。利用软件的前处理器和通用后处理器，绘出不同时刻模型表面的温度场分布，以此确定温度分布材料缺陷的类型。通过对模拟数据进行分析，绘出不同缺陷的温度变化曲线。根据曲线斜率的不同，可定性确定缺陷的类型。模拟结果说明：大型有限元分析软件ANSYS可用于红外热波无损检测实验过程的模拟,模拟结果与实验结果相符。该方法可用于其他不同缺陷类型的模拟及定量识别。     

气动加热下高温陶瓷材料的表观辐射特性

建立了气动加热下高温陶瓷材料表面的辐射模型,采用控制容积法结合蒙特卡罗法模拟了不同条件下材料的温度分布与表观发射率、在分析等温条件下光学厚度、散射反照率、基底发射率和折射率对表观发射影响的基础上,考察了气动热流和散射反照率对材料内温度场与表观发射率的影响.结果表明,随着气动加热热流和散射反照率的增加,高温陶瓷材料内温度升高,表现发射率减小.     

Acoustic phonons transport in a quantum waveguide embedded double defects

By using scattering matrix method, we investigate the acoustic phonons transport in a quantum waveguide embedded double defects at low temperatures. When acoustic phonons propagate through the waveguide, the total transmission coefficient versus the reduced phonon frequency exhibits a series of resonant peaks and dips, and acoustic waves interfere with each other in the waveguide to form standing wave with particular wavelengths. In the waveguide with void defects, acoustic phonons whose frequencies approach zero can transport without scattering. The acoustic phonons propagating in the waveguide with clamped material defects, the phonons frequencies must be larger than a threshold frequency. It is also found that the thermal conductance versus temperature is qualitatively different for different types of defects. At low temperatures, when the double defects are void, the universal quantum thermal conductance and a thermal conductance plateau can be clearly observed. However, when the double defects consist of clamped material, the quantized thermal conductance disappears but a threshold temperature where mode 0 can be excited emerges. The results can provide some references in controlling thermal conductance artificially and the design of phonon devices.     

Acoustic phonons transport in a quantum waveguide embedded double defects

By using scattering matrix method, we investigate the acoustic phonons transport in a quantum waveguide embedded double defects at low temperatures. When acoustic phonons propagate through the waveguide, the total transmission coefficient versus the reduced phonon frequency exhibits a series of resonant peaks and dips, and acoustic waves interfere with each other in the waveguide to form standing wave with particular wavelengths. In the waveguide with void defects, acoustic phonons whose frequencies approach zero can transport without scattering. The acoustic phonons propagating in the waveguide with clamped material defects, the phonons frequencies must be larger than a threshold frequency. It is also found that the thermal conductance versus temperature is qualitatively different for different types of defects. At low temperatures, when the double defects are void, the universal quantum thermal conductance and a thermal conductance plateau can be clearly observed. However, when the double defects consist of clamped material, the quantized thermal conductance disappears but a threshold temperature where mode 0 can be excited emerges. The results can provide some references in controlling thermal conductance artificially and the design of phonon devices.     

热电材料的热输运调控及其在微型器件中的应用

热电能量转换技术是一种利用材料实现热能和电能直接相互转换的清洁能源技术。热电材料的性能是决定热电转换效率的关键因素,而热电材料的性能优化涉及电输运和热输运性能的协同优化。文章介绍了近期热电材料中热输运的调控机制和方法,其中重点论述了基于原子分子层次调控热传导的宽频声子散射效应和横波阻尼效应,以及低维结构和复合材料中的基于纳米微米尺度的微结构调控。最后介绍了室温附近热传导的调控机制及其在高效微型热电器件研发中的应用和进展。     

Direct and inverse scattering of transient acoustic waves by a slab of rigid porous material

This paper provides a temporal model of the direct and inverse scattering problem for the propagation of transient ultrasonic waves in a homogeneous isotropic slab of porous material having a rigid frame. This new time domain model of wave propagation takes into account the viscous and thermal losses of the medium as described by the model of Johnson et al. [D. L. Johnson, J. Koplik, and R. Dashen, J. Fluid. Mech. 176, 379 (1987)] and Allard [J. F. Allard (Chapman and Hall, London, 1993)] modified by a fractional calculus based method applied in the time domain. This paper is devoted to the analytical calculus of acoustic field in a slab of porous material. The main result is the derivation of the expression of the scattering operators (reflection and transmission) which are the responses of the medium to an incident acoustic pulse. In this model the reflection operator is the sum of two contributions: the first interface and the bulk of the medium. Experimental and numerical results are given as a validation of our model.