热隐身衣与热流控制的数值模拟计算

发布时间：2020-04-11 22:45

【摘要】：热流控制是近年来研究的热点问题,在能源的高效利用,国防安全,功率器件,热信息器件等方向都有广泛的应用前景。参照变换光学,得益于热传导方程在坐标变换前后的形式不变性,研究者将坐标变换法推广到了热力学领域,为热流控制提供了有力的理论支持。热隐身衣是近年来热流控制的热门领域,指可以控制某一区域的热流,从外部看就好像该区域不存在一样。热隐身衣的实现往往通过构造热学超材料来完成。针对热流控制的定量分析并给出现实的设计方法对热隐身的推广应用具有重要意义。目前大部分关于热隐身衣与热流控制的研究都是定性分析,虽然实现了很多功能,但是并没有给出定量的设计思路。本文基于坐标变换法设计了二维圆形热隐身衣的理论模型,并且将其参数化。定义了无量纲数描述热隐身衣参数和性能。通过数值模拟计算的方法给出了各个系统参数对被控制区域的影响,给出了拟合方程,并进行修正。基于此可以按照需求设计热隐身衣,并且通过调节参数定量的控制固定区域的热流。鉴于热隐身衣需要的是各向异性的材料,而且需要满足某些条件,现实中几乎不能找到符合条件的材料,于是本文通过等效热阻理论利用各项同性材料构造了符合要求的热学超材料。基于构造的热学超材料,本文建立了两个等效热隐身衣模型,分别具有热集中和热削弱功能,并且进行了分析。定义无量纲数描述等效模型对外部温度场的扰动,并与理论模型比较。最后将两个模型综合,给出了能同时实现两种功能的热隐身衣模型的设计思路,可以根据不同需求调节模型参数即可定量的控制固定区域的热流。
【图文】：

图 1-1 几种超材料结构示意图[9]是指，电磁波可以绕过目标区域，但却不对外部电磁场造成影响，好像目区域不存在一样。推广开来，热量从高温向低温传递，在不同材料中的传速度不同，，用热导率来衡量。在传递过程中，热扩散会变得平滑，如果在通量的路径中放置障碍物，等温线的就会发生变形。热学上隐身就是指目

格数学证明[4]，这是应用坐标变换的理论基础。如图质中，热流沿平直的路径传播，如果将该介质所在平的传播路径也会发生变化，不再平直。此时，热传导的传播路径也切实的放生了改变，这就是坐标变换物理定律同样有效。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O242;TS941.7;TB34

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 ;液态隐身衣并非遥不可及[J];物理通报;2010年02期

2 赵周科;刘军飞;;浅谈四风“隐身衣”问题及对策建议[J];科技经济市场;2014年06期

3 小树;;X就是猎物[J];新世纪智能;2019年18期

4 佳禾;;“隐身衣”真的存在吗[J];发明与创新(中学生);2018年Z1期

5 李云龙;;真有“隐身衣”吗?[J];青少年科技博览;2018年05期

6 杨绛;;隐身衣(节选)[J];少男少女;2016年24期

7 张祖华;;万人如海一身藏——读杨绛《隐身衣》[J];美文(下半月);2017年03期

8 半夏;;邪恶的隐身衣[J];科学启蒙;2017年01期

9 蔚翠;;北风说给栅栏的悄悄话(外二章)[J];散文诗世界;2017年02期

10 揭宇轩;;我有隐身衣[J];天天爱学习;2017年09期

相关会议论文 前3条

1 孙永志;王伟光;彭亮;冉立新;李志坚;赵旭;李庭;;二维圆柱形隐身衣的电磁色散特性研究[A];2009年全国微波毫米波会议论文集（下册）[C];2009年

2 黄显宇;;知识的玉液 心智的琼浆——2013年“冰心奖”图书《小老鼠的隐身衣》评析[A];科普创作通讯（2014年第1期 总第153期）[C];2014年

3 肖晓飞;徐宁汉;白本锋;;三维金属螺旋手性网格旋光性的仿真研究[A];第十七届全国光散射学术会议摘要文集[C];2013年

相关重要报纸文章 前10条

1 本报通讯员 李晓晖;工作服不是违纪“隐身衣”[N];中国纪检监察报;2019年

2 本报记者 王卓;深挖细查 揭开“四风”隐身衣[N];中国纪检监察报;2019年

3 清如许;扒掉隐贿的“隐身衣”[N];深圳特区报;2019年

4 北京商报记者 蒋梦惟;“一日游”强制消费穿上隐身衣[N];北京商报;2019年

5 张瑷敏;量子雷达：撕开战场“隐身衣”[N];中国国防报;2019年

6 清如许;把穿上“隐身衣”的不良风气打回原形[N];深圳特区报;2019年

7 辟谣专家 郭光灿 中国科学院院士 量子信息学家 整理 记者 李乃麟;“隐身衣”即便能做出来，也和量子无关[N];北京科技报;2018年

8 王志贤;严防“隐身衣”[N];福建日报;2018年

9 本报记者 何勇;为战机披上隐身衣[N];人民日报;2018年

10 本报记者 黄丹羽;设计隐身衣的80后“梦想家”[N];中国青年报;2014年

相关博士学位论文 前3条

1 陈焕阳;各向异性材料中的波：隐身衣、旋转衣和声子晶体[D];上海交通大学;2008年

2 高东宝;基于声学超材料的新型隔声技术研究[D];国防科学技术大学;2013年

3 王瑞;左手材料电磁特性与时域有限差分算法研究[D];武汉大学;2010年

相关硕士学位论文 前10条

1 王武迪;热隐身衣与热流控制的数值模拟计算[D];哈尔滨工业大学;2019年

2 刘月霞;基于变换光学理论的隐身衣及幻觉器件研究[D];西南大学;2018年

3 李菁一;电热双功能隐身衣的理论设计[D];复旦大学;2010年

4 张润人;基于异向介质/石墨烯的地毯式隐身衣设计[D];浙江大学;2015年

5 袁学波;热学隐身衣层状结构的设计、优化与实验研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

6 王德麟;变换光学框架下光学隐身和隐身探测的研究[D];南京大学;2012年

7 刘斌;基于奇异介质的声波超散射体与新型隐身衣的设计与研究[D];复旦大学;2009年

8 柴黎;满蕴着爱的仁者与穿着隐身衣的智者[D];陕西师范大学;2014年

9 王梦禹;电磁学中关于坐标变换的理论研究与实际应用[D];浙江大学;2008年

10 孙磊;调控电磁波[D];兰州大学;2012年

本文编号：2623932