常功率平面热源法仿真及其在热学教学的应用SIMULATION OF PLANE HEAT SOURCE METHOD WITH CONSTANT HEAT RATE AND ITS APPLICATION IN THERMODYNAMIC COURSE
陈天赐,黄臻成,丁喜冬,林国淙
摘要(Abstract):
本文使用COMSOL Multiphysics软件对常功率平面热源法进行了仿真。我们选用热导率相差较大的氧化硅、有机玻璃和气凝胶作为仿真研究的试样,只要选择合适的尺寸参数和时间参数,则仿真结果得到的导温系数a、热导率κ和恒压比热c与试样已知的参数即可以符合得很好。仿真结果表明,常功率平面热源法的理论模型与实际的热传导过程相符。我们在热学课堂上引入常功率平面热源法的仿真,引起了学生广泛的兴趣,不但在有限的时间内形象地展示了热传导过程及其应用,还让学生有学习的冲动,提高学生自己获取知识的能力,培养学生对物理学和现代科技的兴趣。
关键词(KeyWords): 热传导过程;常功率平面热源法;COMSOL Multiphysics仿真软件
基金项目(Foundation): 国家自然科学基金面上项目(2019年—2022年,批准号:61871410);; 2021年中山大学本科教学质量与教学改革工程项目(中大教务[2021]30号)
作者(Author): 陈天赐,黄臻成,丁喜冬,林国淙
参考文献(References):
- [1]刘玉鑫.关于本科生物理基础课程教学和教材编著的一些思考———刘玉鑫编著《热学》教材(北京大学出版社,2016年4月第1版)的前言[J].物理与工程,2017,27(3):95-96.
- [2]黄臻成,林国淙.半导体降温及能源回收的热力学讨论[J].物理与工程, 2017, 27(5):61-64, 70.HUANG Z H, LIN G C. Thermodynamic discussion of semiconductor cooling and energy recovery[J]. Physics and Engineering, 2017(5):61-70.(in Chinese)
- [3]林国淙.“热学”教学中讨论材料科学扩散过程的探讨[J].教育教学论坛, 2020(48):308-310.LIN G C. Discussion on the diffusion process of material science in the teaching of thermology course[J]. Education Teaching Forum, 2020(48):308-310.(in Chinese)
- [4]赵凯华,罗蔚茵.新概念物理教程———热学[M]. 2版.北京:高等教育出版社, 2005.
- [5] COMSOL INC.. COMSOL软件产品库[R/OL].[2021-06-25]. http://cn.comsol.com/products.
- [6]王补宣,韩礼钟,王维城,等.同时测定绝缘材料料a和λ的常功率平面热源法[J].工程热物理学报,1980,1(1):80-87.WANG B X, HAN L Z, WANG W C, et al. A plane heat source method for simultaneous measurement of the thermal diffusivity a and conductivityλof insulating materials with constant heat rate[J]. Journal of Engineering Thermophysics, 1980, 1(1):80-87.(in Chinese)
- [7]北京市规划委员会主编,中华人民共和国住房和城乡建设部.中华人民共和国国家标准城市轨道交通岩土工程勘察规范:GB 50307—2012[S].北京:中国标准出版社, 2012.
- [8]雷科夫A B.热传导理论[M].裘烈钧,丁履德,译.北京:高等教育出版社, 1955.
- [9]沈韩.基础物理实验[M].北京:科学出版社, 2015.