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热惯性对热弹性行为影响的渐近分析

王颖泽 宋新南 刘栋

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热惯性对热弹性行为影响的渐近分析

王颖泽, 宋新南, 刘栋

Asymptotic analysis for effect of thermal inertia on thermal behaviors

Wang Ying-Ze, Song Xin-Nan, Liu Dong
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  • 当热作用时间或受热器件结构尺寸呈现微尺度特征时, 热流运动的惯性效应将对热量的传递过程产生显著地影响. 基于热质的概念, 依据牛顿力学原理引入用于描述热质运动的热波方程, 结合各向同性材料的本构关系, 构建了计及热流运动惯性效应的广义热弹性动力学模型. 利用超常传热的微尺度特征, 采用解析的方法对半无限大体外表面受热冲击作用的一维问题进行了渐近求解. 通过对热波、热弹性波的传播和各物理场分布的分析以及与已有广义热弹性理论预测结果的对比, 揭示了热流运动的惯性效应对热弹性行为的影响. 结果表明:热量的传递除了受到热流加速的时间惯性影响之外, 热流运动的空间惯性也对传热行为产生影响, 当计及空间惯性时, 热波、热弹性波的波速、波前位置, 各物理场的建立时间、阶跃峰值及阶跃间隔均受到不同程度的影响.
    The inertia effect induced by the motion of heat flow will have a significant impact on the heat transfer, when the heat pulse duration or the device structure has micro-scale characteristics. Based on the thermomass theory, the thermal wave equation is introduced to describe the motion of thermomass, and the generalized thermoelastic dynamic model involved in the thermal inertia is established by combining the constitutive relation of isotropic material. By taking into account the micro-scale characteristics for the transient heat transfer, the one-dimensional problem for the semi-infinite solid with the boundary subject to thermal impact is investigated by an analytic method, where the asymptotic solutions for thermoelastic response are obtained. With these solutions, the propagation of the thermal wave and thermal elastic wave and the distribution of the temperature, displacement and stresses are studied. By comparison with the same predictions of the L-S generalized thermoelasticity, the effect of thermal inertia on the thermal behaviors is revealed. The results show that the spatial thermal inertia induced by the motion of heat flux has an impact on the thermal behaviors, except for the temporal thermal inertia. All the velocities and wavefront locations of thermal wave and thermal elastic wave, and the time of each physical field begin to establish, the peak values of jumps and the intervals of two jumps are influenced by the spatial thermal inertia.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 11102073)、中国博士后基金(批准号: 2012M511207)、江苏大学高级人才启动基金(批准号: 10JDG055)和江苏高校优势学科建设项目(PAPD)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 11102073), the National Science Foundation for Post-doctoral Scientists of China (Grant No. 2012M511207), the Research Foundation of Advanced Talents of Jiangsu University, China (Grant No. 10JDG055), and the Priority Academic Program Development of Jiangsu Higher Education Institutions, China
    [1]

    Guo Z Y 2000 Advances in Mechanics 30 1(in Chinese) [过增元 2000 力学进展 30 1]

    [2]

    Wang H D, Ma W G, Guo Z Y, Zhang Y, Wang W 2011 Chin. Phys. B 20 040701

    [3]

    Wang H D, Liu J H, Guo Z Y, Takahashi K 2012 Chin. Sci. Bull. 57 1794 (in Chinese) [王海东, 刘锦辉, 过增元, 高桥厚史 2012 科学通报 57 1794]

    [4]

    Tian X G, Shen Y P 2012 Advances in Mechanics 42 1 (in Chinese) [田晓耕, 沈亚鹏 2012 力学进展 42 1]

    [5]

    Lord H W, Shulman Y A 1967 J. Mech. Phys. Solids 15 299

    [6]

    Green A E, Lindsay K A 1972 J. Elasticity 2 1

    [7]

    Green A E, Naghdi P M 1993 J. Elasticity 31 189

    [8]

    Xu H Y, Qi H T, Jiang X Y 2013 Chin. Phys. B 22 014401

    [9]

    Narayan O, Ramaswamy S 2002 Phys. Rev. Lett. 89 200601

    [10]

    Guo Z Y, Cao B Y 2008 Acta Phys. Sin. 57 4273 (in Chinese) [过增元, 曹炳阳 2008 57 4273]

    [11]

    Dong Y, Cao B Y, Guo Z Y J. Appl. Phys. 110 063504

    [12]

    Guo Z Y, Hou Q W 2010 J. Heat and Transfer 132 072403

    [13]

    Guo Z Y, Cao B Y, Zhu H Y, Zhang Q G 2007 Acta Phys. Sin. 56 3306 (in Chinese) [过增元, 曹炳阳, 朱宏晔, 张清光 2007 56 3306]

    [14]

    Cao B Y, Guo Z Y 2007 J. Appl. Phys. 102 053503

    [15]

    Cattaneo C 1958 Comptes Renuds 247 431

    [16]

    Vermptte P 1958 Comptes Renuds 246 3154

    [17]

    Wang Y Z, Song X N 2012 Acta Phys. Sin. 61 234601 (in Chinese) [王颖泽, 宋新南 2012 61 234601]

    [18]

    Wang Y Z, Zhang X B, Song X N 2012 Acta Mechanica 223 735

    [19]

    Bagri A, Eslami M R 2007 Int. J. Mech. Sci. 49 1325

  • [1]

    Guo Z Y 2000 Advances in Mechanics 30 1(in Chinese) [过增元 2000 力学进展 30 1]

    [2]

    Wang H D, Ma W G, Guo Z Y, Zhang Y, Wang W 2011 Chin. Phys. B 20 040701

    [3]

    Wang H D, Liu J H, Guo Z Y, Takahashi K 2012 Chin. Sci. Bull. 57 1794 (in Chinese) [王海东, 刘锦辉, 过增元, 高桥厚史 2012 科学通报 57 1794]

    [4]

    Tian X G, Shen Y P 2012 Advances in Mechanics 42 1 (in Chinese) [田晓耕, 沈亚鹏 2012 力学进展 42 1]

    [5]

    Lord H W, Shulman Y A 1967 J. Mech. Phys. Solids 15 299

    [6]

    Green A E, Lindsay K A 1972 J. Elasticity 2 1

    [7]

    Green A E, Naghdi P M 1993 J. Elasticity 31 189

    [8]

    Xu H Y, Qi H T, Jiang X Y 2013 Chin. Phys. B 22 014401

    [9]

    Narayan O, Ramaswamy S 2002 Phys. Rev. Lett. 89 200601

    [10]

    Guo Z Y, Cao B Y 2008 Acta Phys. Sin. 57 4273 (in Chinese) [过增元, 曹炳阳 2008 57 4273]

    [11]

    Dong Y, Cao B Y, Guo Z Y J. Appl. Phys. 110 063504

    [12]

    Guo Z Y, Hou Q W 2010 J. Heat and Transfer 132 072403

    [13]

    Guo Z Y, Cao B Y, Zhu H Y, Zhang Q G 2007 Acta Phys. Sin. 56 3306 (in Chinese) [过增元, 曹炳阳, 朱宏晔, 张清光 2007 56 3306]

    [14]

    Cao B Y, Guo Z Y 2007 J. Appl. Phys. 102 053503

    [15]

    Cattaneo C 1958 Comptes Renuds 247 431

    [16]

    Vermptte P 1958 Comptes Renuds 246 3154

    [17]

    Wang Y Z, Song X N 2012 Acta Phys. Sin. 61 234601 (in Chinese) [王颖泽, 宋新南 2012 61 234601]

    [18]

    Wang Y Z, Zhang X B, Song X N 2012 Acta Mechanica 223 735

    [19]

    Bagri A, Eslami M R 2007 Int. J. Mech. Sci. 49 1325

  • [1] 刘东静, 胡志亮, 周福, 王鹏博, 王振东, 李涛. 基于分子动力学的氮化镓/石墨烯/金刚石界面热导研究.  , 2024, 73(15): 150202. doi: 10.7498/aps.73.20240515
    [2] 刘哲, 魏浩, 崔海航, 孙锴, 孙博华. 基于声子水动力学方程分析全环绕栅极晶体管的瞬态热输运过程.  , 2024, 73(14): 144401. doi: 10.7498/aps.73.20240491
    [3] 李刚, 邓力, 张宝印, 李瑞, 史敦福, 上官丹骅, 胡泽华, 付元光, 马彦. BEAVRS基准模型热零功率状态的JMCT分析.  , 2016, 65(5): 052801. doi: 10.7498/aps.65.052801
    [4] 龚振兴, 李友荣, 彭岚, 吴双应, 石万元. 旋转环形浅液池内双组分溶液耦合热-溶质毛细对流渐近解.  , 2013, 62(4): 040201. doi: 10.7498/aps.62.040201
    [5] 和兴锁, 闫业毫, 邓峰岩. 具有大范围运动和非线性变形的空间柔性梁在非惯性坐标系下的动力学分析.  , 2012, 61(2): 024501. doi: 10.7498/aps.61.024501
    [6] 王颖泽, 宋新南. 基于热质理论的广义热弹性动力学模型.  , 2012, 61(23): 234601. doi: 10.7498/aps.61.234601
    [7] 陈明文, 倪锋, 王艳林, 王自东, 谢建新. 界面动力学对过冷熔体中球晶生长界面形态的影响.  , 2011, 60(6): 068103. doi: 10.7498/aps.60.068103
    [8] 宋柏, 吴晶, 过增元. 基于热质理论的Hamilton原理.  , 2010, 59(10): 7129-7134. doi: 10.7498/aps.59.7129
    [9] 彭亚晶, 刘玉强, 王英惠, 张淑平, 杨延强. 皮秒和纳秒单脉冲激光加热Al/NC复合纳米含能材料的热动力学分析.  , 2009, 58(1): 655-661. doi: 10.7498/aps.58.655
    [10] 王志军, 王锦程, 杨根仓. 各向异性作用下合金定向凝固界面稳定性的渐近分析.  , 2008, 57(2): 1246-1253. doi: 10.7498/aps.57.1246
    [11] 过增元, 曹炳阳. 基于热质运动概念的普适导热定律.  , 2008, 57(7): 4273-4281. doi: 10.7498/aps.57.4273
    [12] 颜克凤, 李小森, 陈朝阳, 李 刚, 唐良广, 樊栓狮. 用分子动力学模拟甲烷水合物热激法分解.  , 2007, 56(8): 4994-5002. doi: 10.7498/aps.56.4994
    [13] 宋爱军, 韩 雷. 热超声键合换能系统动力学特性的非线性检验.  , 2007, 56(7): 3820-3826. doi: 10.7498/aps.56.3820
    [14] 段 鹤, 郑毓峰, 张校刚, 孙言飞, 董有忠. 水热法合成FeS2粉晶及其生长热动力学的研究.  , 2005, 54(4): 1659-1664. doi: 10.7498/aps.54.1659
    [15] 韩祥临. ENSO事件随机动力学模型的渐近分析.  , 2005, 54(6): 2590-2594. doi: 10.7498/aps.54.2590
    [16] 罗时荣, 吕百达, 孙年春. 截断光束的广义M2因子.  , 2004, 53(7): 2145-2149. doi: 10.7498/aps.53.2145
    [17] 刘家璐, 张廷庆, 李建军, 赵元富. BF2+注入多晶硅栅常规热退火氟迁移特性的二次离子质谱分析.  , 1997, 46(8): 1580-1584. doi: 10.7498/aps.46.1580
    [18] 邢修三. 晶体中热缺陷的产生动力学.  , 1988, 37(4): 694-697. doi: 10.7498/aps.37.694
    [19] 李仑. 热是物质的一种运动形式.  , 1975, 24(4): 237-243. doi: 10.7498/aps.24.237
    [20] 陈式刚. 关于热的输运过程的动力学理论.  , 1962, 18(6): 305-310. doi: 10.7498/aps.18.305
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-06-19
  • 修回日期:  2013-07-26
  • 刊出日期:  2013-11-05

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