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平板在任意周期表面热扰动作用下的非Fourier热传导的求解与分析
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:O551.3[理学—热学与物质分子运动论;理学—物理]
  • 作者机构:[1]西安交通大学机械学院,西安710049, [2]西安交通大学,机械结构强度与振动国家重点实验室,西安710049
  • 相关基金:教育部新世纪优秀人才支持计划(批准号:NCET-09.0644)、高等学校博士学科点专项科研基金(批准号:20090201120047)和教育部长江学者和创新团队发展计划(批准号:IRT1172)资助的课题.
中文摘要:

分析了平板前表面遭受任意周期热扰动这类非Fourier传热情形下的温度响应.采用双曲型热传导方程描述平板表面温度急速变化时的热传导问题.为求解此类方程,首先利用分离变量法和Duhamel积分原理,得到了平板前表面遭受突变热流和简谐热流两种情况下的解析解.然后,在此基础上应用Fourier级数展开法和叠加原理,获得了平板前表面热流任意周期变化时非Fourier热传导下温度场的解析表达式.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Fourier热传导模型所给出的温度响应与Fourier热传导模型的差别.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Fourier热传导问题.

英文摘要:

In this paper, the non-Fourier heat conduction in a plane slab under arbitrary periodic surface thermal disturbance is solved analytically. Hyperbolic heat conduction equation is employed to describe this problem involving high-rate change of temperature. Firstly, when the plane slab surface is subjected to a sudden heat flux change or a harmonic heat flux change, the analytic solution of this problem is found by using the separation of variables method and Duhamel's principle. On this basis, when the plane slab surface is subjected to an arbitrary periodic heat flux change, the analytic solution of temperature field is obtained by using the Fourier series and the principle of superposition. Using the obtained analytical solution, the temperature profiles of the plane slab are analyzed, and the differences between the temperature response obtained by using non-Fourier heat conduction model and that obtained by using Fourier model are discussed. This solution can be applied to more realistic periodic boundary conditions in technology.

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876