由于非热微/纳米级声子群,热传输超过体积热传导 Vazrik Chiloyan a , Samuel Huberman a , Alexei A. Maznev b , Keith A. Nelson b , Gang Chen a * 1 a 麻省理工学院机械工程系,美国马萨诸塞州剑桥 02139 b 麻省理工学院化学系,美国马萨诸塞州剑桥 02139 虽然经典的尺寸效应通常会导致有效热导率降低,但我们在此报告
摘要:本研究致力于开发一种模型,用于计算各种配置的薄壁直接沉积过程中产生的瞬态准周期温度场。该模型允许随时计算直接沉积过程中壁内的温度场、热循环、温度梯度和冷却速率。沉积壁内的温度场是根据移动热源非稳态热传导方程的解析解确定的,同时考虑到向环境的热传递。根据热源作用在每个过程中产生的瞬态温度场的叠加原理,计算热积累和温度变化。所提出的温度场计算方法可以令人满意地准确描述壁内的传热过程和热积累。通过与实验热电偶数据的比较证实了这一点。它考虑了壁和基板的尺寸、层与层之间的功率变化、各道次之间的暂停时间以及热源轨迹。此外,该计算方法易于适应同时采用激光和电弧热源的各种增材制造工艺。
热转移:传热模式;一维热传导,抗性概念和电类比喻,通过鳍的传热;不稳定的热传导,集总参数系统,Heisler的图表;热边界层,自由和强制对流传热中的无量纲参数,扁平板上流动和通过管道的传热相关性,湍流的影响;热交换器性能,LMTD和NTU方法;辐射传热,Stefanboltzmann法律,WIEN的位移法,黑色和灰色表面,视图因素,辐射网络分析
摘要:具有各向异性热传导特性的材料,由分子尺度结构确定,提供了一种控制纳米级空间中热流的方法。因此,在这里,我们考虑逐层(LBL)膜,它们是多层聚电解质多层的静电组装,预计将在跨平面和平面内方向之间具有不同的热传导特性。我们构建了由带电的固体壁夹住的聚丙烯酸)/聚乙基亚胺(PAA/PEI)LBL膜的模型,并使用分子动力学模拟研究了其各向异性热传导。在跨平面方向上,固体壁和LBL膜之间的热边界电阻以及组成型PAA和PEI层之间的热边界电阻随着电离程度的增加(固体表面电荷密度和每个PAA/PEI分子的电荷数)减小。当电离程度较低时,组成层的跨平面导热率高于块状状态。随着电离程度的增加,线性聚合物PAA的跨平面导热率会降低,因为面式内部的聚合物链的数量增加。在平面内方向上,我们研究了每层的热传导,并发现由于面内链对准,再次发现有效的内部直导导热率。■简介高级热管理是工业领域中常见且不可避免的挑战。1与成分聚合物的散装状态相比,LBL膜中的热传导是三维增强的,因为跨平面方向的静电相互作用和平面方向上的分子比对。热界面材料(TIM)通常插入两个组件(例如热源和水槽)之间,从而有效的热传递从一种到另一个,即减少热电阻。随着高性能设备(例如功率模块)的热产生密度的增加,需要进一步改善TIM。通常,各种类型的热油脂,弹性体,凝胶或相变材料用于TIMS,由聚合物组成,由聚合物组成,具有高热传导性,例如金属,陶瓷和碳材料等偶尔会添加。
传热设备,例如热管,蒸气室,热通道,微通道散热器和毛孔冷却板,依靠二维稳定的稳定热传导来热管理电信,航空航天,航空航天和微电极的热传播组件。传导形状因子可以评估这些设备的二维稳定热传导。设备的nulus的几何形状及其在热生成组件上的机械附件可能会有所不同。鉴于单面加热和冷却的突出性,二维热传导通常是通过纳鲁斯扇形进行的。第一次开发了一个分析模型来预测环形扇区的传导形状因子。本模型是先前开发的等效圆形环模的扩展,并应用了等效的同心圆形环扇门。该模型的定量是参数边界几何的有限元元素建模的结果,在相对差异10%的相对差异之内捕获了大多数数据。目前的模型为同心形状的等温边界之间形成的环形扇形的形状因子提供了模拟,封闭形式的分析解决方案。更重要的是,它为设计和优化新型传热设备提供了一个统一的平台。
如前所述,我的工作集中在建模上,我开始编写一些代码,以在水力机械(HM)条件下为破裂的岩石开发多物理模型,从而模拟流体 - 固定耦合过程。热效应也是地热能提取需要考虑的关键点之一。但是,地热储层(热传导和热对流)的热效应非常复杂。热传导控制通过岩石基质的热传输,热对流控制着裂缝流体流过嵌入岩石基质中的通道的热传输。在当前程序中很难实现这两个过程,尤其是后一个过程。提出的用于模拟GFZ传热的孔隙尺度模型是可靠的,并且可能与颗粒系统中的THM耦合有关,从而使新的视线考虑了热效应。
有限元方法(FEM)是计算研究中最强大的工具之一,可以生成物理现象的解决方案。由于其在求解复杂的物理行为方面的功效,它被广泛用于结构工程[1],[2],热和热分析[3],[4],计算流体动力学[5],[6],Biofluid Simulation [7],[8],[8]和电子磁学[9]。在所有这些应用中,FEM解决传热问题的能力在许多领域都在开创。由于FEM的能力,我们使用了一个简单的FEM代码来解决一个基本的1D热传导问题。FEM的引入为工程师和科学家提供了多个自由度,可以从管理方程式中分析任何物理现象。最重要的方面是FEM的几何独立性。在大多数情况下,分析解决方案仅适用于非常简单的特定几何形状。相比之下,FEM是一种解决问题的方法,该问题高度能够根据某些初始参数近似实际解决方案。纳入FEM可以消除对复杂分析解决方案的需求。fem通过构建矩阵并迭代解决任何现象,从而使范围很容易获得见识。fem是解决预期物理现象方程的框架,在我们的情况下,即线性热传导。fem首先要使方程式的弱形式,然后将域离散到较小的域,计算形状函数,应用边界条件等。我们方法的详细信息将在方法部分中描述,重点是我们的目标。在这项研究中,我们将在特定边界条件下解决稳态线性1D热传导问题。尽管它是一个简单的模型,但它为将来接近更复杂的模型提供了起点。此外,我们将讨论变化参数的结果,并评估分析模型中FEM模型的性能。2。方法论
抽象的碳化硅(SIC)的目标是由于其出色的热性能,是功率微电子的第一材料。SIC技术的最新进展最终使Crystalline SIC纳米结构的制造。然而,纳米级SIC的热性能仍然忽略了。在这里,我们系统地研究了SIC纳米结构的热传导,包括纳米膜,纳米线和语音晶体。我们的测量结果表明,纳米结构的热导率比批量低几倍,并且值与结构的最狭小维度成比例。在最小的纳米结构中,导热率达到了批量的10%。为了更好地了解SIC中的纳米级热传输,我们还探测了声子在纳米结构中的平均自由路径和连贯的热传导。我们的理论模型将观察到的热传导的抑制与表面声子散射联系起来,这限制了声子的含义自由路径,从而降低了导热率。这项工作揭示了SIC纳米结构的热特性并解释了它们的起源,从而实现了SIC微电子的逼真的热工程。
方法和实现整个求解器均建立在OpenFoam®上。在序列上,它解决了相位和能量对流,梁的预测,热传导,相变,然后是压力速度计算[2]。粒子发动机仅修饰光束传播,现在使用并行化的粒子。CPU收集网格和粒子数据并将其传输到GPU,颗粒横穿网格,计算其轨迹并计算吸收能量。在GPU上计算完成后,吸收的能量场将返回到CPU。