物理学 > 应用物理
[提交于 2025年9月4日
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标题: 基于蒸发冷冻冷却激励的热扩散率测量:理论与实验
标题: Thermal diffusivity measurement based on evaporative cryocooling excitation: Theory and experiments
摘要: 光热方法测量热扩散率本质上是一个不适定的逆问题,受样品厚度、加热或冷却时间以及激发能量等因素的影响。 在非脉冲脉冲激发下,当观测时间尺度与脉冲持续时间相当,测量精度变得尤为具有挑战性。 这通常是由于脉冲形状定义不明确、热响应展宽以及缺乏清晰的边界条件造成的,尤其是在显著的界面温度梯度下,自然对流占主导地位时。 经典的Parker解虽然被广泛使用,但其物理上并不现实,因为它假设了绝热热通量和浅层区域的热吸收。 在本研究中,我们证明Parker的假设在数学上等价于狄拉克脉冲边界条件。 然后,我们给出了在狄拉克脉冲和矩形脉冲激发下的热/冷却响应的全面解析解。 通过与具有良好设定边界条件的特征函数解进行比较,我们表明 Parker解仅在热峰之前有效。 通过无量纲处理,我们进一步证明Parker解可以视为加热持续时间趋近于零时矩形脉冲解的一个极限情况。 此外,我们提出了一种新颖的激发方法——蒸发冷冻冷却法,用于热扩散率的测量。 这种方法提供了一种紧凑、低成本且易于实现的传统激发方案的替代方法。 理论模型通过与实验结果的比较得到了进一步验证。
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