考虑非傅里叶效应的亚表面球形异质缺陷的热波散射.pdf

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1、第43卷第8期红外与激光工程2014年8月Vo1．43No．8InfraredandLaserEngineeringAug．2014考虑非傅里叶效应的亚表面球形异质缺陷的热波散射马晓渡，叶胜林，姜欢琦，陈德珍(同济大学机械与能源工程学院，上海201804)摘要：以往对材料内缺陷热波散射问题的研究，多假定孔洞缺陷内无异质且边界条件为绝热的。异质体孔洞缺陷是工程中更为常见的情况。基于非Fourier热传导方程，采用波函数展开法，对含异质球形缺陷的半无限体内部的热波散射与温度分布进行了研究。给出了问题的解析解和数值计算结

2、果。分析了缺陷物理参数和几何参数以及入射波波数等对材料表面温度分布的影响。结果表明：异质体的物理参数和几何参数等对材料表面温度的影响是显著的，主要影响因素包括无量纲导热系数，无量纲热扩散长度，无量纲埋藏深度等。关键词：非Fourier热传导；球形异质体；热波散射；温度分布中图分类号：TN215文献标志码：A文章编号：1007—2276(2014)08—2513—07Thermalwavescatteringfromsubsurfacespheroidsheteroplasmondefectsincludingnon

3、-FouriereffectsMaXiaobo，YeShenglin，JiangHuanqi，ChenDezhen(SchoolofMechanicalEngineering，Ton~iUniversity，Shanghai201804，China)Abstract：Theresearchonthermalwavescatteringproblemofthedefectinsidethematerialbeforepresumingnoheteroplasmoninsidetheholeandtheboundary

4、conditionwasadiabatic．Basedonnon-Fourierheatconductionlaw，employingthemethodsofwavefunctionexpansion，thethermalscatteredandtemperaturedistributioninsemi—infinitematerialwithsubsurfacesphericalheteroplasmondefectswasinvestigated．Theanalyticalsolutionandthenumer

5、icalcalculationresultoftheproblemwerepresented．Theeffectsofphysicalandgeometricalparameterofdefectsandtheincidentwavenumberonsurfacetemperaturedistributionofthesemi—infinitematerialwereanalyzed．Resulthasshownthatthephysicalandgeometricalparameteroftheheteropla

6、monhavegreatinfluenceonthesurfacetemperatureofthemateria1．Andthemaininfluencefactorsincludenon—dimensionalheatconductivitycoeficient，non—dimensionalthermaldiffusionlength，non-dimensionalburieddepthandSOon．Keywords：non—FourierSheatconduction；sphericalheterogene

7、ity；thermalwavescattering；temperaturedistribution收稿日期：2013—12—12：修订日期：2014一O1—14基金项目：国家自然科学基金(51276129)作者简介：马~(1965-)，女，副教授，博士，主要从事工程热传导与热辐射方面的研究。Email：maxiaobo@tongji．edu．cn红外与激光工程第43卷的深度上。异质球体的导热系数、热扩散长度和热驰0引言豫时间分别为、和丁0。调制频率为，，超短激光脉冲沿Z方向入射，加热材料外表面。在材料中产生一红外热

8、波技术是一种实施方便的非接触式检测个温度波过程。方法，可用于探测材料亚表面缺陷[1J。随着超短激光脉冲在热波技术中的应用，其探测频率和加热速度～V逐渐增大。此时采用经典的Fourier定律进行分析计算会产生较大的误差。因此，在工程材料结构的导热，‘及其反问题研究中必须基于非Fourier热传导方程～otz·。毋l卜，’进行分析计算，其分析结果更接近工程实际I