建立了闪光法测量半透明材料热扩散率的一维瞬态导热一辐射耦合换热数学模型，采用基于控制容积的离散坐标法分析求解激光脉冲在半透明材料内的温度响应，并与由热四端网络法得到的半解析解进行了对比和验证。研究结果表明：两种计钟：方法在各种计算条件下得到的结果吻合很好。数值方法更灵活，可以处理物性非线性问题，但计钟：时间较长；半解析法的计算速度非常快，但只能处理常物性问题。此外，本文对试样吸收系数、辐射边界、厚度及试样表面的热损失等因素对温度响应的影响进行了对比分析。
### 闪光法测量半透明材料热扩散率的理论研究
#### 研究背景与目的
热扩散率是衡量材料内部热量传输效率的重要物理量，对于理解材料的热学性能至关重要。半透明材料由于其独特的光学特性，在诸多领域如太阳能转换、光电器件制造等有着广泛的应用前景。然而，由于半透明材料对光线的特殊反应，传统的热传导测试方法往往难以准确测量这类材料的热扩散率。因此，开发一种适用于半透明材料热扩散率测试的新方法显得尤为迫切。
#### 研究方法
本研究通过建立一维瞬态导热—辐射耦合换热数学模型来模拟激光脉冲作用下半透明材料内的温度响应。为了求解该数学模型，研究采用了基于控制容积的离散坐标法（DOM）进行数值计算，并与热四端网络法（TQM）得到的半解析解进行了比较验证。
- **基于控制容积的离散坐标法（DOM）**：这是一种数值模拟方法，通过将计算域离散成多个小体积（即控制容积），并在每个控制容积内应用守恒定律来求解偏微分方程。该方法特别适合处理复杂的边界条件和非线性问题。
- **热四端网络法（TQM）**：该方法是一种半解析方法，能够快速计算出热传导问题的解，但受限于假设物性的常数不变。
#### 主要研究成果
- **数值方法与半解析方法的比较**：研究结果显示，基于控制容积的离散坐标法与热四端网络法在不同计算条件下得到的结果一致性良好。离散坐标法虽然计算耗时较长，但它具有更强的灵活性，能够处理物性参数随温度变化的情况；而热四端网络法则在计算速度上具有明显优势，但仅适用于物性参数为常数的情形。
- **影响因素分析**：进一步地，研究还探讨了试样吸收系数、辐射边界条件、厚度以及试样表面热损失等因素对温度响应的影响。这些因素的变化对实验结果有着显著的影响，因此在实际应用中必须予以充分考虑。
#### 结论
本研究通过建立并求解一维瞬态导热—辐射耦合换热数学模型，成功地模拟了闪光法测量半透明材料热扩散率的过程。通过对两种不同计算方法的对比，发现基于控制容积的离散坐标法虽然计算时间较长，但在处理复杂问题方面表现更优。此外，研究还揭示了试样本身特性对其温度响应的影响规律，为优化实验设计提供了重要的理论依据。这一成果不仅推进了半透明材料热扩散率测试技术的发展，也为后续的研究工作奠定了坚实的理论基础。
