项目名称: 北极熊毛的微观结构对其热传导性能影响的分数阶模型研究

项目编号: No.51463021

项目类型: 地区科学基金项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 一般工业技术

项目作者: 李正彪

作者单位: 曲靖师范学院

项目金额: 46万元

中文摘要: 自然界在亿万年的演化过程中孕育了各种各样的生物, 每种生物都拥有神奇的特性和功能。人类通过研究、学习、模仿来复制和再造某些生物的特性和功能。北极熊具有在寒冷的北极地区生存下去的特殊能力。研究发现:北极熊的毛对其抵御严寒起了重要作用, 北极熊毛的结构与其他哺乳动物毛的结构完全不一样,北极熊毛具有独特的膜孔结构。独特的膜孔结构使得北极熊毛不但能保持体温,而且能从周围环境吸收能量。这就是北极熊能够常年生活在零下45℃-50℃的环境中,并保持体温在37℃左右的真正原因。 本课题基于北极熊毛的膜孔结构,通过把北极熊毛的内部结构近似看成分形空间, 建立一维、二维和三维的非定常分数阶热传导方程来定量研究北极熊毛的热保护和扩散过程,揭示膜孔结构对传热性能的影响机理,为仿生材料设计提供理论依据,为开发高保暖的仿生功能纤维提供实验基础和科学指导。

中文关键词: 纺织力学;热传导性;分数阶;微分方程

英文摘要: Nature gives birth to a wide variety of species in the evolution process of billions of years. Every living thing has magical properties and capabilities. Mankind replicates and re-creates certain biological features and functionality through researching, learning and imitating the properties. Polar bears have a special ability to survive in the cold areas of the Arctic. Studies have found that the polar bear hair plays an important role in protection against the bitter cold. The structure of polar bear hair is completely different from the structure of other mammals' hair, which has a unique membrane - pore structure. The unique membrane -pore structure makes polar bear hair not only can maintain body temperature, but also can absorb energy from surrounding environment. This is the real reason that the polar bears can perennially live in the environment of -45℃ to -50℃ and to maintain body temperature at around 37℃. This project is based on the membrane-pore structure of polar bear. We approximately consider the structure of the polar bear hair as fractal space and establish the one-dimensional, two-dimensional and three-dimensional unsteady fractional heat conduction equation to quantitatively investigate thermal protection and diffusion process of polar bear hair, and uncover the mechanism of the effect of membrane-pore structure on the heat transfer, to provide a theoretical basis for the bio-mimetic designs of materials, and to supply an experimental basis and scientific guidance for development of high thermal bionic functional fibers.

英文关键词: textile mechanics;thermal conductivity;fractional order;differential equation

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