Temperature Effects in Polymer Materials Numerical Solution with Using Material Process by a Pulsed Ion Beams Taking Into Account the Heat Flows Relaxation Parameter
DOI:
https://doi.org/10.17072/1993-0550-2022-3-38-48Keywords:
polymer, thermal conductivity, flow relaxation, numerical simulation, finite difference method.Abstract
A one-dimensional problem numerical simulation of the thermal wave motion in a material is carried out. The material surface is processed by a pulsed ion beam. The pulse action as a source function is given by a linear dependence on a time and an ion penetration depth into the material. The above heat-conduction equation is a non-linear differential equation with a parameter which presents the relaxation time of the heat flux. The heat-conduction equation is supplemented by the heat flow change in time equation, which was proposed by Cattaneo and Vernotte. The temperature and heat flux equations system is numerically solved with using the finite difference method. A significant relaxation parameter value influence on the temperature profiles formation in the treated material surface vicinity is shown.References
Cолоненко О.П., Алхимов А.П., Марусин В.В., Оришич А.М. Высокоэнергетические процессы обработки материалов. Новосибирск: Наука,Сиб. издат. фирма РАН, 2000, 425 с.
Kondyurina I., Nechitailo G.S., Svistkov A.L., Kondyurin A., Bilek M. Urinary catheter with polyurethane coating modified by ion implantation // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 2015. V. 342. P. 39–46. DOI: 10.1016/j.nimb.2014.09.011
Kurella A., Dahotre N.B. Review paper: Surface Modification for Bioimplants: The Role of Laser Surface Engineering // J. Biomater. Appl. 2005. V.20, N.1. P.5–50. DOI: 10.1177/0885328205052974
Morozov I.A., Kamenetskikh A.S., Scherban M.G. The challenges of creating deformable plasma coatings on the surface of elastic polymers // AIP Conference Proceedings 2176. 2019. N.040009. DOI:10.1063/1.5135158
Hauert R., Thorwarth K., Thorwarth G. An overview on diamond-like carbon coatings in medical applications // Surface and Coatings Technology. 2013. V.233. P.119–130. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2013.04.015
Chudinov V., Kondyurina I., Terpugov V., Kondyurin A.Weakened foreign body re-sponse to medical polyureaurethane treated by plasma immersion ion implantation // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. 2019. V.440, N.4. P.163–174.DOI:10.1016/j.nimb.2018.12.026
Лясникова А.В. Моделирование процессов образования наноструктур при плазменном напылении пористопорошковых гидро-ксиапатитовых покрытий // Известия Саратовского университета. Сер. Физика. 2011. Т.11. Вып. 1. С. 37–41.
Князева А.Г. Моделирование физических и химических явлений в процессах обработки поверхностей материалов высокоэнергетическими источниками // Математическое моделирование систем и процессов. 2009. № 17. С. 66–84.
Витохин Е. Ю., Бабенков М. Б. Численное и аналитическое исследование распространения термоупругих волн в среде с учетом релаксации теплового потока // Приклад-ная механика и техническая физика. 2016. Т. 57, № 3. С. 171–185.
Кирсанов Ю. А., Кирсанов А. Ю., Юдахин А. Е. Метод измерения тепловой релаксации в твердом теле // Теплофизика высоких температур. 2018. Т. 56, № 3. С.446–454. DOI: 10.7868/S0040364418030183
Кирсанов Ю. А., Кирсанов А. Ю. Описание кратковременного процесса уравнением теплопроводности с дробными производными // Труды Академэнерго. 2020. № 3. С. 7–19.
Ordóñez-Miranda J., Alvarado-Gil J. J. Thermal wave oscillations and thermal relaxation time determination in a hyperbolic heat transport model // International Journal of Thermal Sciences. 2009. V.48, N.11. P. 2053–2062.DOI: 10.1016/j.ijthermalsci.2009.03.008
Vedavarz A., Kumar S., Moallemi M. K. Significance of Non-Fourier Heat Waves in Conduction // Journal of Heat Transfer. 1994. V.116. P.221–224. DOI:10.1115/1.2910859
Бабенков М. Б. Анализ распространения гармонических возмущений в термоупругой среде с релаксацией теплового потока // Прикладная механика и техническая физика. 2013. Т. 54, № 2. С. 126–137.
Ильина Е.С., Демидов В.Н., Князева А.Г. Особенности моделирования диффузионных процессов в упругом теле при его поверхностной модификации частицами // Вестник ПНИПУ. Механика. 2012. №3. С.25–49.
Amirkhanov I.V., Sarker N.R., Sarkhadov I. Numerical simulation of thermal processes occurring in materials under the action of femtosecond laser pulses // Discrete and Continuous Models and Applied Computational Science. 2021. V.29, N.1. P.5–13. DOI: 10.22363/2658-4670-2021-29-1-5-13
Амирханов И.В., Дидык А.Ю., Земляная Е.В., Пузынин И.В., Пузынина Т.П. и др. Численное исследование температурных эффектов в материалах при облучении их тяжелыми ионами высоких энергий в рамках уравнений теплопроводности для электронов и решетки // Письма в ЭЧАЯ. 2006. Т.3, № 1(130). С. 63–75.
Waligorski M.R.P., Hamm R.N., Katz R. The radial distribution of dose around the path of a heavy ion in liquid water // Nucl. Tracks Radiat. Meas. 1986. V.11. P.306–319.
Князева А.Г., Тян А.В. Численное моделирование электронно-лучевой обработки материалов с учетом поверхностной активации и внутренних механических напряжений // Вычислительные технологии. 2010. Т.15, №3. С.82–98.
Самарский А.А. Теория разностных схем. М.: Наука, 1983, 258 с.
Самарский А.А., Гулин А.В. Устойчивость разностных схем. М.: Наука, 1973, 308 с.
Турчак Л.И. Основы численных методов. М.: Наука, 1987, 277 с.
Комар Л. А., Свистков А. Л. Термодина-мика упругого материала с релаксирую-щим потоком тепла // Известия РАН. Ме-ханикатвердоготела. 2020. №4. C. 152–157. DOI: 10.31857/S0572329920040066.
Matsunaga R. H., Santos I. Measurement of the Thermal Relaxation Time in Agar-gelled Water // 34th Annual International Conference of the IEEE EMBS. 2012. P. 5722–5725.
Mitra K., Kumar S., Vedavarz A., Moallemi M.K. Hyperbolic Heat Conduction in Processed Meat // Journal of Heat Transfer. 1995. V. 117. P. 568–573.
Roetzel W., Putra N., Das S.K. Experiment and analysis for non-Fourier conduction in materials with non-homogeneous inner structure // International Journal of Thermal Sciences. 2003. V.42. P.541–552. DOI: 10.1016/S1290-0729(03)00020-6
Khayat R.E., de Bruyn J., Niknami M., Stranges D.F., Khorasany R.M.H. Non-Fourier effects in macro- and micro-scale non-isothermal flow of liquids and gases. Review // International Journal of Thermal Sciences. 2015. V.97. P.163–177. DOI: 10.1016/j.ijthermalsci.2015.06.007
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Copyright (c) 2022 Людмила Андреевна Комар
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Articles are published under license Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).
