1 陕西省计量科学研究院，西安 710100
2 国家市场监管重点实验室（计量光学及应用），西安 710100
3 西安理工大学 机械与精密仪器工程学院，西安 710048
针对LED发光强度对环境温度异常敏感的问题，基于热传导原理建立了LED的环境温度-平均发光强度相关性评价模型，并研制出满足国际照明委员会远、近场标准条件LED单管平均发光强度测量装置。在19.0 ℃~30.0 ℃ 不同环境温度条件下，通过对红（631 nm）、绿（533 nm）、蓝（465 nm）LED标准管的平均发光强度测量发现，3种颜色LED标准管平均发光强度随环境温度升高而呈现线性衰减趋势。利用实验获得的线性衰减率对相关性评价模型进行修正，解决了相关性评价模型因受到LED自身参数随环境温度变化的制约而无法对LED的平均发光强度及其发射波长进行有效定量评价的缺陷。环境温度控制在23.0 ℃±3.5 ℃范围内，3种颜色LED标准管的平均发光强度测量不确定度均满足（1.5%~5%）的JJF 1501-2015《小功率LED单管校准规范》。研究结果对修正不同实验室环境温度下产生的LED平均发光强度的测量偏差具有借鉴意义。
环境温度 LED 平均发光强度 热传导方程 衰减率 Ambient temperature LED Average luminous intensity Heat conduction equation Attenuation rate 光子学报
2022, 51(10): 1012003
1 北京理工大学 光电学院 目标仿真实验室, 北京 100081
2 精密光电测试仪器与技术北京重点实验室, 北京 100081
研究了一种利用稳态红外热成像法实现自悬浮薄膜面内热导率测量的方法。从一维热传导方程出发, 建立了稳态时薄膜表面温度分布的理论模型, 利用稳态理论模型, 只需测量薄膜边缘温度及厚度, 便可同时得到面内热导率、发射率及热流, 无需测量薄膜对可见光的吸收率。仿真表明,当薄膜的温升不超过5K时, 可以保证拟合得到的面内热导率与理论值的误差低于3%, 薄膜样品x方向的最小尺寸为6mm。对厚度为900nm的自悬浮聚酰亚胺薄膜进行实验测量, 拟合得到的面内热导率为2.04W/mK、红外发射率为0.92、x=0处的热流为1.77×104W/m2。实验结果与查阅文献的测量值一致, 证明方法可以用来测量自悬浮薄膜的面内热导率。
热传导方程 红外辐射 自悬浮薄膜 面内热导率 heat transfer equation infrared radiation self-suspension film in-plane thermal conductivity
海面温度场建模与求解是海面红外仿真的前提和基础。针对海面换热复杂、海水传热迟滞等特点, 本文提出一种基于有限差分的海面红外温度场迭代建模方法。该方法在详细分析海面温度成因的基础上, 从环境温湿度入手, 对太阳辐射、大气辐射、大气传导换热、蒸发潜热等项和海水各层之间的传热计算, 建立热平衡与热传导方程, 利用有限差分方法进行建模, 仿真计算一天 24 h范围内的海水温度曲线, 并通过多次迭代计算解决了海水初始温度设定问题。实验结果表明, 本文提出的算法充分考虑了海水传热的迟滞效应, 仿真生成一天范围内的海面温度稳定曲线, 通过多次迭代解决初始温度获取困难、算法时效性不强等问题, 最后与实测温度进行对比, 结果较符合实际, 验证了算法的有效性。
海面温度场建模 有限差分 热平衡方程 热传导方程 迭代求解 sea surface temperature field modeling finite difference heat balance equation heat conduction equation iterative solution
1 广东海洋大学 电子与信息工程学院, 广东 湛江 524088
2 广东海洋大学 机械与动力工程学院, 广东 湛江 524088
激光中心温度探测是激光领域的一个重要课题, 直接影响着激光在工程技术中的应用。利用XL-800WF光纤传输多功能脉冲激光加工系统, 照射厚钢板, 得到钢板的熔化图。通过显微镜测量熔斑的直径, 从而计算液态钢的凝固时间。根据激光温度的扩散原理, 建立理想条件下钢板的热传导方程, 模拟出钢板的温度演化规律。结合凝固时间, 推导了XL-800WF光纤传输多功能脉冲激光中心温度的理论值。
激光 温度 金属材料 热传导方程 白光干涉仪 laser temperature metal material heat conduction equation white light interferometer 强激光与粒子束
2018, 30(2): 029001
1 南京航空航天大学机电学院,南京 210016
2 南京航空航天大学理学院,南京 210016
碳纳米粒子悬浮液具有良好的光限幅性质,是一种优良的宽波段光限幅材料。通过热传导方程和米氏散射理论建立了微气泡半径与入射光能量、碳纳米粒子悬浮液散射系数和透过率的理论模型。采用Matlab数值模拟了散射系数随微气泡尺寸因子的变化关系,碳纳米粒子悬浮液光限幅性能随入射光能量的变化规律。研究了气泡尺寸因子、入射激光能量以及波长对碳纳米粒子悬浮液光限幅特性的影响。研究发现当激光能量达到一定值时,微气泡的半径保持恒定,不再随入射激光能量的增加而增加。微气泡尺寸的增大对碳纳米粒子悬浮液的透过率有着显著的影响。同时,碳纳米粒子悬浮液对不同入射光波长和光能表现出不同的光限幅性能。研究结果为实验研究提供了理论指导。
碳纳米粒子悬浮液 热传导方程 米散射理论 光限幅性能 carbon nanoparticles suspension heat conductions Mie scattering theory optical limiting properties
同济大学 机械与能源工程学院, 上海 201804
基于非傅里叶热传导方程，采用复变函数法和镜像法，研究了含双圆柱亚表面缺陷板条材料热波散射的温度场，并给出了热波散射温度场的解析解。分析了入射波波数、热扩散长度、缺陷的埋藏深度以及板条材料的厚度等对板条表面温度分布的影响。温度波由调制光束在材料表面激发，缺陷表面的边界条件为绝热。该分析方法和数值结果可为工程材料结构的传热分析、热波成像和材料内部缺陷评估，以及热物理反问题研究提供参考。
非傅里叶热传导方程 复变函数法 双圆柱亚表面缺陷 表面温度分布 板条材料 non-Fourier’s heat conduction equation complex function method two subsurface cylindrical defects surface temperature slab material 强激光与粒子束
2015, 27(11): 119003
电子工程学院, 红外与低温等离子体安徽省重点实验室, 合肥 230037
为掌握高功率脉冲激光防护中脉冲激光各参量对VO2薄膜温升的具体影响, 采用有限元分析程序ANSYS的热分析模块分析了VO2薄膜在脉冲激光辐照下的温度场变化, 分析讨论了CO2脉冲激光的光斑尺寸、功率密度、脉冲宽度、重复频率四个参量, 对VO2薄膜达到相变温度的时间与相变区域尺寸的影响.结果表明, 光斑尺寸等四个参量共同影响薄膜达到相变温度的时间, 在一定范围内增大光斑尺寸和功率密度可缩短薄膜相变的时间, 而薄膜相变区域尺寸所占光斑面积的比例与二者并无直接关系, 增大脉宽或重频都有利于缩短薄膜达到相变的时间, 但前者对单脉冲产生热量的提升比后者效果更明显.
脉冲激光 二氧化钒 薄膜 热传导方程 温度场 有限元分析 Pulsed laser Vanadium dioxide Thin films Thermal conduction equations Temperature field Finite element analysis
贵州大学 贵州省光电子技术及应用重点实验室, 贵州 贵阳 550025
基于傅里叶热传导方程, 利用有限差分法计算了石英在激光作用下的温度场分布。结果表明在连续激光的作用下, 石英的轴向温度变化分为升温过程和降温过程。考虑热累积效应, 辐照0.1、0.5、0.8 s后温度较之前分别升高了约 10、100、200 ℃, 激光作用时间越长, 温度累积越明显。对于脉宽为5 ms, 占空比为1/2和1/3的脉冲激光, 辐照3个脉冲后, 温度分别升高94 ℃和82 ℃。石英在轴向方向的温度累积较径向更明显。研究激光与石英相互作用后温度场的分布对激光加工工艺有着重要的意义。
激光微加工 温度累积 有限差分法 热传导方程 laser micro-machining cumulative effect of temperature finite difference method fourier heat conduction equation
1 西北核技术研究所， 西安 710024
2 清华大学 工程物理系， 北京 100084
3 西北核技术研究所， 西安 710024西安交通大学 电子与信息工程学院， 西安 710049
介绍了蒙特卡罗方法的基本原理以及随机数的产生方法。基于蒙特卡罗方法的思想，结合有限差分方法，建立了求解微分方程边值问题的随机概率模型，并以第一类边界条件的拉普拉斯方程和一个给定初值及边界条件的非稳态热传导方程为数值算例，研究了蒙特卡罗方法在求解微分方程边值问题中的应用。结果表明: 利用蒙特卡罗方法，不仅可以有效解决给定边界条件的微分方程，对于给定初值条件的微分方程，也可以从时域有限差分方程出发，采用蒙特卡罗方法进行求解。数值模拟和对误差的理论分析均表明，增加蒙特卡罗试验中的模拟粒子点数，可以提高计算结果的精度。
蒙特卡罗方法 微分方程 边值问题 随机概率模型 热传导方程 Monte Carlo method differential equations boundary value problem stochastic probability model heat transfer equation 强激光与粒子束
2012, 24(12): 3023
