纳米薄膜超快速热传导的分数阶格子玻尔兹曼数值模拟

摘要

纳米薄膜因其优异的热稳定性和高导热性能，广泛应用于微电子、航空航天及医疗等领域。其中纳米薄膜受超快激光诱导引发的导热过程因其复杂性成为焦点问题。采用分数阶格子玻尔兹曼方法对超快激光诱导纳米薄膜的热传导过程进行数值模拟，通过对比分数阶模型和经典模型的结果，研究在不同克努森数Kn和不同时刻下分数阶阶数α对薄膜能量密度分布的影响。结果表明：相比经典格子玻尔兹曼方法(lattice Boltzmann method, LBM)模型的结果，分数阶LBM模型能够更有效地捕捉纳米薄膜中的非局部效应，在相同Kn和时刻下，随着α的减小，薄膜内的能量密度分布更为分散，峰值降低；在相同阶数的分数阶模型中，随着Kn的增大，薄膜内的能量密度相较于经典LBM模型显著减小；当Kn=10时，分数阶LBM模型的α取0.8阶时相较于经典LBM模型能量显著下降52%,且能量分布趋于均匀化。

关键词

纳米薄膜 / 超快激光 / 分数阶 / 格子玻尔兹曼方法