稳态非傅立叶导热的理论和实验研究

以激光等超快速加热和低维结构纳米材料的极高热流密度导热为代表的高新技术, 给以傅立叶导热定律为基础的经典传热规律带来了巨大挑战，因此突破唯象近似，从物理本质上探讨极端条件下的热学规律已经成为亟待解决的重要问题。项目旨在根据爱因斯坦质能关系式确定热量的质量特性后,用牛顿力学方法描述热量的传递规律，通过理论和实验相结合的研究手段，研究稳态条件下的非傅立叶导热现象和规律。项目拟首先揭示热量传递的物理图像是热质流体在静质"多孔骨架"中的运动；进而采用流体力学方法，建立热质流体定常动量守恒方程，论证它就是稳态非傅立叶导热方程，包括热质惯性力、驱动力和阻力；然后考察非傅立叶导热与傅立叶导热定律的区别与相容性，并揭示傅立叶导热定律的物理本质；与多孔介质中稳态非达西效应对比深入研究非傅立叶导热现象；与此同时采用悬浮金属纳米薄膜低温高热流密度条件下的稳态导热实验，验证非稳态傅立叶导热现象和热量的质量特性。

以激光超快速加热和低维纳米材料高热流密度导热为代表的高新技术, 给以傅立叶导热定律为基础的经典传热理论带来了巨大挑战，突破唯象近似，从物理本质上探讨极端条件下的传热学规律已经成为亟待解决的重要问题。本项目旨在根据爱因斯坦质能关系式确定热量的质量特性，用牛顿力学方法描述热量的传递规律，通过理论和实验相结合的研究手段，研究稳态条件下的非傅立叶导热现象和规律。项目拟首先揭示热量传递的物理图像是热质流体在静质“多孔骨架”中的运动，进而采用流体力学方法，建立热质流体的定常动量守恒方程，论证它就是稳态非傅立叶导热方程，其中包含热质惯性力、驱动力和阻力；对比非傅立叶导热方程与傅立叶导热方程，揭示傅立叶导热定律的物理本质；实验研究中，对单根悬浮金属纳米薄膜进行低温、大电流加热实验，对比纳米薄膜平均温度的测量值和理论预测值，验证稳态非傅立叶导热现象的存在，证明热质理论的正确性。