用Maxwell-Cattaneo方程建模超快纳米颗粒熔化
介观与纳米尺度物理
2018-11-14 v2 应用物理
摘要
基于热传导的Maxwell--Cattaneo方程，利用数学模型研究了热弛豫在纳米颗粒熔化中的作用。该模型表述为一个两相Stefan问题。我们考虑温度分布在固液界面连续或具有跳跃两种情况。跳跃条件由考虑固液间热性质变化的相场模型的尖锐界面极限导出。该Stefan问题通过渐近与数值方法求解。分析表明，无论采用哪种边界条件，基于Fourier的解都可由零弛豫时间的经典极限恢复。然而，只有跳跃条件能避免非物理的“超音速”熔化的出现，即熔前沿速度超过热的有限传播速度。这些结果确证，对于基于Maxwell--Cattaneo方程的相变模型，跳跃条件而非连续条件是最合适的。数值研究表明，热弛豫可使纳米颗粒熔化所需时间增加十倍以上。因此，热弛豫是纳米颗粒熔化模型中应包含的重要过程，并预期在其他快速相变过程中也相关。
引用
@article{arxiv.1806.02222,
title = {Modelling ultra-fast nanoparticle melting with the Maxwell-Cattaneo equation},
author = {Matthew G. Hennessy and Marc Calvo-Schwarzwälder and Timothy G. Myers},
journal= {arXiv preprint arXiv:1806.02222},
year = {2018}
}