热传导是一种很常见的自然现象，它与人类生产生活息息相关。人们已熟知：热量只能自发地从高温物体传到低温物体或从物体的高温部分传到低温部分。自然便提出问题：当系统两端无温差时，是否可以在其中产生热流并控制它?甚至，是否可以设计热泵，使其可以克服自然的温差方向将热流由低温输运到高温?近年来，受布朗马达研究思想的启发，基于非线性晶格，热流棘齿效应的提出及研究对上述问题给出了肯定的回答。热流棘齿效应是一个非常有意义的课题，对其研究具有潜在的应用价值和广阔的应用前景，需要引起特别关注。本文采用数值模拟与理论分析相结合的方法研究了一维非线性晶格体系中的热流棘齿效应。　　 在第一章中，首先，我们概括介绍了与本文研究相关的一些基本知识，如热流、热传导、热导率、Fourier定律等等；其次，简要介绍了关于热传导研究的不同历史阶段及其研究意义；最后，重点介绍了本文研究热传导现象所采用的一维热传导格点模型及相关热力学量(温度、热流、热浴等)的微观动力学描述。　　 在第二章，第三章和第四章中，我们在两种不同的热浴调制方式下，分别研究了一维Frenkel-Kontorova(FK)晶格体系、一维Morse势场中的简谐耦合链体系和一维Morse晶格体系中的热流棘齿效应。我们让三种晶格体系的两端分别与两个热浴相接触，通过调制其中一端热浴温度或同时调制两端热浴温度，实现热流在两个平均等温或严格等温热源之间的单向流动。研究结果显示：　　 首先，对于三种不同的晶格体系，热流棘齿的产生条件具有以下共性：在保持两端热浴温度长时平均相等的情况下，通过调制其中一个热浴的温度可使均匀和非均匀体系中均产生稳定的定向热流。然而，当两端热浴温度保持严格相等时，通过同步调制两端热浴温度，任能在非均匀体系中实现热流的定向流动，均匀体系中则不再有净热流产生。由此，我们总结出热流棘齿效应产生的必要条件为：非平衡源，非线性和对称性破缺。　　 其次，在三种不同的晶格体系中，热流棘齿的产生机制具有以下共性：对于均匀体系，定向热流主要产生在低频调制区，其产生原因在于晶格体系热导率对温度的敏感依赖性；对于非均匀体系，当单端热浴调制时，在中低频调制区均有可观的定向热流产生；当双端热浴调制时，只在中频调制区产生定向热流；体系自身对称性的破缺导致热流的单向流动。　　 再次，不同的晶格体系由于其独特的材料性质，其中的热流棘齿效应呈现出一些有趣的独特现象。例如：在非均匀FK晶格体系中，当单端中频调制时，随着调制频率的逐渐增大，正向热流会跨过零反转其方向变为负向热流，并且流反转的特征频率会随着材料尺度的增大而发生红移。研究发现此处的流反转现象与体系的热响应时间相关，是系统特征频率与调制频率之间的共振效应；然而，在Morse势场中的简谐耦合链体系中，在任意一种方式的高频调制下，均匀和非均匀体系中均会出现热流的反转现象，且其反转的特征频率与材料尺度无关。所以，不同于FK体系中的流反转机制，此系统中的流反转并非频率共振的结果，是非线性Morse势特有的一种现象。在均匀和非均匀的Morse晶格体系中，当中频调制时，随着调制频率的逐渐增大，均出现多个振荡的热流峰值，并且会随着材料尺度的增大而发生红移。　　 最后，热浴的调制参数和材料的特性参数均对体系的热流棘齿效应产生明显的影响，通过改变它们，不仅可以控制热流的大小，甚至有时可以控制热流的方向。对这方面的研究为设计材料优化热流棘齿提供了理论依据。　　 在第五章中，我们对本文所做的研究工作进行总结，并对以后要进行的工作进行展望。