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超常热加工过程中热传导理论的演化与应用:从傅里叶导热模型到非傅里叶导热模型
1
作者
赵明
张晓豪
+3 位作者
范金峰
史宇洋
姚立爽
武传松
《材料工程》
北大核心
2025年第9期39-49,共11页
本文重点分析了从傅里叶导热到非傅里叶导热的理论革新及其在极端传热领域的关键应用。首先梳理了傅里叶导热定律的经典理论框架及其在常规传热场景中的适用性,揭示其在超快速、超短程、超低温等工况下分析能量传递的局限性;然后深入探...
本文重点分析了从傅里叶导热到非傅里叶导热的理论革新及其在极端传热领域的关键应用。首先梳理了傅里叶导热定律的经典理论框架及其在常规传热场景中的适用性,揭示其在超快速、超短程、超低温等工况下分析能量传递的局限性;然后深入探讨非傅里叶导热理论,介绍了Cattaneo-Vernotte方程、双相滞后(DPL)模型,通过引入热流密度弛豫时间与温度梯度弛豫时间的双相滞后效应,突破了传统傅里叶导热模型的理论边界。傅里叶传热控制方程应采用傅里叶型边界条件,而非傅里叶传热控制方程应采用非傅里叶型边界条件。针对超常热加工过程的导热模型,文中首次给出了3类非傅里叶边界条件的数学表达式。通过将傅里叶导热模型与非傅里叶导热模型的数值模拟结果与实验测试结果进行对比,发现非傅里叶模型在预测超快速激光焊接、超短程微纳连接等的温度场瞬态响应、热影响区(HAZ)尺寸及工艺参数优化方面具有显著优势,验证了非傅里叶模型对极端传热条件的精准预测能力,为揭示高端装备、极端工况的传热机理提供重要理论支撑。
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关键词
傅里叶导热定律
非傅里叶导热理论
非傅里叶边界条件
热弛豫时间
激光加工
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职称材料
基于选择性化学刻蚀的低缺陷炭导电网络原位构筑及其对活性炭比 表面积与导电性的协同增强
2
作者
张晶
张苏
+8 位作者
李齐齐
纪麟肯
李禹彤
任宇康
臧小蓓
曹宁
胡涵
梁鹏
范壮军
《物理化学学报》
2025年第10期82-92,共11页
导电性是影响活性炭的电化学性能的重要因素,但活性炭发达的孔隙结构通常会破坏连续导电网络。本研究以沥青/聚丙烯腈(PAN)混合前驱体为原料,提出一种简单的选择性化学蚀刻策略制备兼具高比表面积与高导电性的活性炭。研究发现,PAN衍生...
导电性是影响活性炭的电化学性能的重要因素,但活性炭发达的孔隙结构通常会破坏连续导电网络。本研究以沥青/聚丙烯腈(PAN)混合前驱体为原料,提出一种简单的选择性化学蚀刻策略制备兼具高比表面积与高导电性的活性炭。研究发现,PAN衍生炭包含无定形与结晶炭;在活化过程中,高反应活性的无定形炭被优先刻蚀,促使低缺陷炭骨架原位重构为连续导电网络。优化样品的比表面积达2773 m^(2)·g^(-1),电导率提升了2.6倍(912 S·m^(-1)),性能优于大多数活性炭。此外,沥青和PAN分子之间通过预氧化产生的强交联效应使制备的活性炭的产率(58%)显著高于纯沥青基活性炭(34%)。组装的对称超级电容器在10 mg·cm^(-2)高负载量下仍表现出优异的面电容(1 A·g^(-1)时为2.8 F·cm^(-2))、良好的倍率性能(50 A·g^(-1)时电容保持率为41%)、高的能量密度(10.9 Wh·kg^(-1))及卓越的循环稳定性(50000次循环后容量无衰减),本工作显示了高导电活性炭在实际应用中的巨大潜力,为先进储能器件用导电活性炭的制备提供了新思路。
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关键词
活性炭
导电性
比表面积
超级电容器
化学刻蚀
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职称材料
题名
超常热加工过程中热传导理论的演化与应用:从傅里叶导热模型到非傅里叶导热模型
1
作者
赵明
张晓豪
范金峰
史宇洋
姚立爽
武传松
机构
中国石油大学
(
华东
)
材料
科学与
工程
学院
山东省
智能
能源
材料
重点
实验室
山东
大学
材料
科学与
工程
学院
出处
《材料工程》
北大核心
2025年第9期39-49,共11页
基金
山东省重点研发计划(重大科技创新工程)项目(2021ZLGX01)。
文摘
本文重点分析了从傅里叶导热到非傅里叶导热的理论革新及其在极端传热领域的关键应用。首先梳理了傅里叶导热定律的经典理论框架及其在常规传热场景中的适用性,揭示其在超快速、超短程、超低温等工况下分析能量传递的局限性;然后深入探讨非傅里叶导热理论,介绍了Cattaneo-Vernotte方程、双相滞后(DPL)模型,通过引入热流密度弛豫时间与温度梯度弛豫时间的双相滞后效应,突破了传统傅里叶导热模型的理论边界。傅里叶传热控制方程应采用傅里叶型边界条件,而非傅里叶传热控制方程应采用非傅里叶型边界条件。针对超常热加工过程的导热模型,文中首次给出了3类非傅里叶边界条件的数学表达式。通过将傅里叶导热模型与非傅里叶导热模型的数值模拟结果与实验测试结果进行对比,发现非傅里叶模型在预测超快速激光焊接、超短程微纳连接等的温度场瞬态响应、热影响区(HAZ)尺寸及工艺参数优化方面具有显著优势,验证了非傅里叶模型对极端传热条件的精准预测能力,为揭示高端装备、极端工况的传热机理提供重要理论支撑。
关键词
傅里叶导热定律
非傅里叶导热理论
非傅里叶边界条件
热弛豫时间
激光加工
Keywords
Fourier law of heat conduction
non-Fourier heat conduction theory
non-Fourier boundary conditions
thermal relaxation time
laser processing
分类号
TG402 [金属学及工艺—焊接]
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职称材料
题名
基于选择性化学刻蚀的低缺陷炭导电网络原位构筑及其对活性炭比 表面积与导电性的协同增强
2
作者
张晶
张苏
李齐齐
纪麟肯
李禹彤
任宇康
臧小蓓
曹宁
胡涵
梁鹏
范壮军
机构
中国石油大学
(
华东
)
材料
科学与
工程
学院
出处
《物理化学学报》
2025年第10期82-92,共11页
基金
国家自然科学基金(52062046,52302336,22179145)
山东省泰山学者项目(tsqn202306131,tsqn202312123)
山东省自然科学基金重点基础研究项目(ZR2019ZD51)资助项目。
文摘
导电性是影响活性炭的电化学性能的重要因素,但活性炭发达的孔隙结构通常会破坏连续导电网络。本研究以沥青/聚丙烯腈(PAN)混合前驱体为原料,提出一种简单的选择性化学蚀刻策略制备兼具高比表面积与高导电性的活性炭。研究发现,PAN衍生炭包含无定形与结晶炭;在活化过程中,高反应活性的无定形炭被优先刻蚀,促使低缺陷炭骨架原位重构为连续导电网络。优化样品的比表面积达2773 m^(2)·g^(-1),电导率提升了2.6倍(912 S·m^(-1)),性能优于大多数活性炭。此外,沥青和PAN分子之间通过预氧化产生的强交联效应使制备的活性炭的产率(58%)显著高于纯沥青基活性炭(34%)。组装的对称超级电容器在10 mg·cm^(-2)高负载量下仍表现出优异的面电容(1 A·g^(-1)时为2.8 F·cm^(-2))、良好的倍率性能(50 A·g^(-1)时电容保持率为41%)、高的能量密度(10.9 Wh·kg^(-1))及卓越的循环稳定性(50000次循环后容量无衰减),本工作显示了高导电活性炭在实际应用中的巨大潜力,为先进储能器件用导电活性炭的制备提供了新思路。
关键词
活性炭
导电性
比表面积
超级电容器
化学刻蚀
Keywords
Activated carbon
Electric conductivity
Surface area
Supercapacitor
Chemical etching
分类号
O646 [理学]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
超常热加工过程中热传导理论的演化与应用:从傅里叶导热模型到非傅里叶导热模型
赵明
张晓豪
范金峰
史宇洋
姚立爽
武传松
《材料工程》
北大核心
2025
0
在线阅读
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职称材料
2
基于选择性化学刻蚀的低缺陷炭导电网络原位构筑及其对活性炭比 表面积与导电性的协同增强
张晶
张苏
李齐齐
纪麟肯
李禹彤
任宇康
臧小蓓
曹宁
胡涵
梁鹏
范壮军
《物理化学学报》
2025
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职称材料
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