CO_2激光照射沙土混合物质热扩散率的研究

【摘要】：在研究光与物质的相互作用时，物质的热传导特性具有很重要的意义，物质的热扩散率是物质的导热率与比热的比值，如果能求出物质的热扩散率，就能得出物质的导热率，本文阐述了振幅法和相位法求解土壤热扩散率的原理，并以沙土混合物质为研究对象，利用CO_2激光的热效应，使之照射到实验土壤上，根据测得数据求出了实验土壤的热扩散率，得出了理想的实验结果。 振幅法和相位法研究物质的热扩散率是一种经典的方法，首先由微元法推导出土壤温度的热传导方程，然后由傅里叶级数法求出热传导方程的解的公式，利用这个公式推导出任一深度温度波的振幅和相位与热扩散率的关系，再利用谐波分析的方法分析出振幅与相位和不同深度的温度的关系，最后推导出热扩散率K与不同深度土壤温度的关系，利用实测温度值就可以求出热扩散率。但是这种方法也存在着局限性，他要求环境条件稳定，土壤干燥等。 由于二氧化碳激光器所发出的光主要在红外阶段，输出功率大，发热量高，为了保证稳定输出，需要冷却系统对工作物质进行冷却的问题，设计了一种双重水循环冷却系统，对工作气体进行流动循环冷却，达到了很好的冷却效果。 结合二氧化碳激光器的特性，设计出了使二氧化碳激光经过转向、扩束之后对圆通型容器内的待测物质从上部加热，在不同的深度埋设热电偶，在一定的时间间隔内对不同深度的土壤温度进行测量的实验装置。并对沙土混合物质进行了实测，得出实验数据，由数据计算出土壤的热扩散率的结果，与理论值很接近。利用CO_2激光的热效应来研究土壤的热扩散率，不仅为今后研究土壤的热特性提供了方法和数据，而且这种方法还可应用与别的材料的热效应的研究。