Investigación

 

Characterization of thermal rectification in asymmetrical-structured materials with inhomogeneous mass distribution

 

M. Romero-Bastida and F. Tejeda-Méndez

 

Sección de Estudios de Posgrado e Investigación Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica-Culhuacán, Instituto Politécnico Nacional, Avenida Santa Ana 1000, Colonia San Francisco Culhuacán, Delegación Coyoacan, Distrito Federal 04430, México. e-mail: mromerob@ipn.mx

 

Received 6 April 2015;
accepted 29 October 2015

 

Abstract

We study the asymmetrical heat flux present in a one-dimensional, two-segment, nearest-neighbor anharmonic oscillator system subjected to the influence of a temperature gradient for two different mass distributions. For a small system size the largest asymmetry in the heat flux is obtained for the case wherein one segment has larger mass values than the other one, the lowest with the already considered uniform mass distribution, and an intermediate one with a linear mass gradient along the system length. These results are also obtained in the largest system size limit, wherewith it was observed that the heat flux increases as the system size does so for the case of the two segments with dissimilar mass value.

Keywords: Low-dimensional asymmetric heat conduction; nonlinear dynamical systems

 

Resumen

En este trabajo estudiamos el flujo de calor asimétrico presente en un sistema unidimensional de osciladores anarmónicos acoplados a primeros vecinos, compuesto de dos segmentos diferentes y sujeto a la influencia de un gradiente de temperatura para el caso de dos distribuciones de masa distintas. Para tamaños de sistema pequeños la mayor asimetría en el flujo de calor se obtiene para el caso en el cual uno de los segmentos tiene mayor masa que el otro, la menor para el caso ya conocido de masa uniforme y un caso intermedio para un gradiente de masa a lo largo de toda la longitud del sistema. Estos resultados se mantienen para tamaños de sistema grandes, con los cuales se observa que el flujo de calor se incrementa conforme también lo hace el tamaño del sistema para el caso de los dos segmentos con diferente masa.

Palabras clave: Conducción de calor asimétrica de baja dimensionalidad; sistemas dinamicos no-lineales

PACS: 44.10.+i, 05.60.-k, 05.70.Ln

 

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