Non-classical thermal transport and phase change at the nanoscale

Tesis doctoral

Resumen

La llei de Fourier ha estat una peça clau per a descriure la conducció de calor des de que fou proposada fa gairabé 200 anys. No obstant, a mesura que avança la tecnologia ens hi trobem més sovint amb situacions on les equacions clàssiques perden la seva validesa. En aquesta tesi investiguem alguns models alternatius que tenen com a objectiu descriure la conducció de calor en situacions on la llei de Fourier no és aplicable. Un model que s'ha aconseguit establir com un extensió vàlida de la llei de Fourier és l'equació de Guyer i Krumhansl i el marc de la hidrodinàmica de fonons derivat d'aquesta. Es tracta d'un model particularment interessant, ja que les equacions són anàlogues a les equacions per a fluids dins de la hidrodinàmica clàssica. A la primera part de la tesi considerem aquesta equació per a descriure la conducció de calor estàtica per nanofibres de seccions transversals circulars i rectangulars. En particular, calculem una conductivitat tèrmica efectiva i trobem que és possible reproduïr els resultats experimentals amb un sol paràmetre d'adjust. En el cas de nanofibres cilíndriques, no és necessari cap paràmetre d'adjust si es consideren unes certes condicions de vora per al flux. Una conseqüència d'haver de considerar extensions per a la llei de Fourier és que s'ha d'estudiar l'efecte que tenen aquests canvis en la descripció de processos de canvi de fase. En la segona part de la tesi investiguem els efectes que tenen diversos models sobre la solidificació d'un líquid unidimensional. Al capítol 5 estudiem el cas en el que considerem la conductivitat tèrmica com a una funció de la mida del sòlid i que incorpora característiques que són importants quan el tamany del sòlid és comparable a les longituds característiques dels fonons, mentres que al capítol 6 considerem l'equació de Guyer i Krumhansl dels capítols anteriors. En ambdós casos, un anàlisi asimptòtic ens permet reduïr la complexitat del problema i proposar models reduïts formats per un parell de'equacions diferencials ordinàries
Fecha de lectura12 oct 2019
Idioma originalInglés
Institución de lectura
  • Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)
SupervisorFrancesc Xavier Alvarez Calafell (Codirector/a) & Tim Myers (Director/a)

Citar esto

'