Неравновесные характеристики теплообмена меди в широком температурном диапазоне

Методами математического моделирования получены характеристики неравновесного теплообмена меди, такие как теплопроводность и теплоемкость в широком температурном диапазоне ($300 \leqslant T \leqslant 5700$ K), включающем область фазовых трансформаций плавление-кристаллизация. Как известно, в твердом теле существуют два механизма переноса тепла: упругими колебаниями решетки и свободными электронами. При определении этих характеристик теплообмена меди учитывались решеточные и электронные составляющие. Моделирование характеристик теплообмена электронной подсистемы меди в данной работе основано на использовании квантовой статистики электронного газа с использованием интегралов Ферми-Дирака. Свойства фононной подсистемы определялись в рамках атомистического подхода. Для моделирования использовался потенциал взаимодействия частиц семейства “погруженного атома” EAM. Результаты моделирования сравнивались с результатами альтернативных вычислений. Полные теплоемкость и теплопроводность меди, полученные суммированием электронной и фононной составляющих, сравниваются с данными эксперимента. The characteristics of nonequilibrium heat transfer of copper, such as thermal conductivity and heat capacity, are obtained in a wide temperature range ($300 \leqslant T \leqslant 5700$ K), including the region of melting-crystallization phase transformations by mathematical modeling. As is known, there are two mechanisms of heat transfer in a solid body: by elastic vibrations of the lattice and by free electrons. When determining these characteristics of copper heat transfer, the lattice and electronic components were taken into account. Modeling of the characteristics of heat transfer of the copper electronic subsystem in this work is based on the use of quantum statistics of the electron gas using the Fermi-Dirac integrals. The properties of the phonon subsystem were determined within the framework of the atomistic approach. The interaction potential of particles of the “embedded atom” family EAM was used for modeling. The simulation results were compared with the results of alternative calculations. The total heat capacity and thermal conductivity of copper, obtained by summing the electronic and phonon components, are compared with the experimental data.