Cuando se trabaja con escalas temporales extremadamente cortas (por debajo de nanosegundos), la ley de Fourier deja de ser suficiente para describir el transporte térmico. En estos regímenes aparecen fenómenos como velocidad finita de propagación del calor entre electrones y red cristalina, que requieren de modelos refinados para estudiar la transferencia de calor.

Un reciente artículo del blog de COMSOL muestra cómo implementar en COMSOL Multiphysics®[1] modelos que se desvían de la Ley de Fourier, como:

• Hyperbolic heat transfer (Cattaneo–Vernotte). Para implementar este modelo, que contiene una derivada parcial de segundo orden, es necesario utilizar una interfaz de PDE en Forma General como se muestra en la Figura 1.
• Two-temperature models (electron–lattice).

Estos modelos permiten simular procesos como calentamiento por láser ultracorto, donde pueden aparecer incluso “ondas térmicas” a escala nanométrica.

Un buen ejemplo de cómo extender COMSOL Multiphysics® mediante PDEs y ODEs personalizadas para estudiar fenómenos térmicos avanzados.

Figura 1. Implementación del modelo de una etapa hiperbólico (HOS) en COMSOL Multiphysics®. Para incluir la derivada temporal de segundo orden, necesitamos utilizar la interfaz de PDE en Forma General.

Referencias

[1] V. Paasonen. Modeling Ultrafast Heat Transfer with COMSOL Multiphysics®. COMSOL Blog. https://www.comsol.com/blogs/modeling-ultrafast-heat-transfer-with-comsolmph