本文關(guān)鍵詞：熱學(xué)隱身衣層狀結(jié)構(gòu)的設(shè)計、優(yōu)化與實驗研究

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【摘要】：熱學(xué)超材料是近些年才提出的宏觀調(diào)控?zé)崮艿男路椒?有望在熱能的利用上大展拳腳�；跓釋W(xué)超材料的熱學(xué)隱身衣極大地豐富了隱身技術(shù)領(lǐng)域,但是現(xiàn)有的熱學(xué)隱身衣僅停留在概念驗證階段,最大的瓶頸是所需理想介質(zhì)必須具有非均勻性、各向異性和內(nèi)邊界奇異性�；凇半x散-等效”方法的層狀結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)熱學(xué)隱身衣的一種簡單而有效的途徑,然而其存在可設(shè)計形狀簡單、設(shè)計方法單一、所需組分材料多等問題。因此,針對熱學(xué)隱身衣層狀結(jié)構(gòu)存在的問題,在理論設(shè)計、實驗制備與測試方面對熱隱身衣層狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入研究,對將熱學(xué)隱身衣技術(shù)推向?qū)嵱镁哂兄匾饬x。首先,針對熱學(xué)隱身衣層狀結(jié)構(gòu)可設(shè)計形狀簡單的限制,對二維圓柱形熱學(xué)隱身衣層狀結(jié)構(gòu)的“離散-等效”方法進(jìn)行了擴(kuò)展和一般化,設(shè)計了二維橢圓柱形和復(fù)雜截面形狀柱形熱學(xué)隱身衣的層狀結(jié)構(gòu),并利用傳熱仿真進(jìn)行了層狀結(jié)構(gòu)的熱學(xué)隱身效果驗證。傳熱仿真結(jié)果證明了擴(kuò)展和一般化的“離散-等效”方法是有效的,設(shè)計的層狀結(jié)構(gòu)具有預(yù)期的熱隱身效果。然后,針對熱隱身衣層狀結(jié)構(gòu)設(shè)計方法單一的問題,建立了二維圓柱形熱學(xué)隱身衣的隱式變換理論,增強(qiáng)了層狀結(jié)構(gòu)設(shè)計的靈活性。定義了兩個指標(biāo)以更好地定量表征熱學(xué)隱身性能,揭示了坐標(biāo)變換形式對層狀結(jié)構(gòu)熱隱身衣性能的影響機(jī)制。坐標(biāo)變換形式直接控制原空間和變換空間的映射方式,影響隱身衣內(nèi)熱流分布,進(jìn)而調(diào)控層狀結(jié)構(gòu)的熱學(xué)隱身性能。提出了兩種改善的二維圓柱形熱學(xué)隱身衣層狀結(jié)構(gòu),均具有良好的熱隱身性能。最后,為了解決層狀結(jié)構(gòu)所需組分材料種類多的問題,對二維圓柱形熱學(xué)隱身衣層狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)和多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計,得到了一種熱學(xué)隱身性能優(yōu)異同時制備難度低的層狀結(jié)構(gòu),僅需六種組分材料。從現(xiàn)有材料庫中找到所需的組分材料,制備了優(yōu)化設(shè)計的層狀結(jié)構(gòu),在均勻熱流工況下測試。實驗結(jié)果表明,制備的層狀結(jié)構(gòu)在穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)情況下均具備熱學(xué)隱身效果,但其熱隱身性能具有時間依賴性。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),強(qiáng)對流傳熱限制了熱學(xué)隱身衣層狀結(jié)構(gòu)的熱調(diào)控作用,制備的熱學(xué)隱身衣層狀結(jié)構(gòu)可能更適用于熱傳導(dǎo)為主要熱能傳遞方式的情形,如小面積的微電子器件熱防護(hù)領(lǐng)域。
【關(guān)鍵詞】：熱學(xué)超材料 熱學(xué)隱身 層狀結(jié)構(gòu) 非線性變換 實驗測試
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB34
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-22
• 1.1 研究背景和意義9-10
• 1.2 熱學(xué)隱身衣理論方法的研究現(xiàn)狀10-14
• 1.2.1 坐標(biāo)變換方法11-13
• 1.2.2 散射抵消方法13-14
• 1.2.3 熱流路徑設(shè)計方法14
• 1.3 熱學(xué)隱身衣的設(shè)計與實驗的研究現(xiàn)狀14-19
• 1.3.1 基于坐標(biāo)變換方法的熱學(xué)隱身衣的設(shè)計與實驗14-18
• 1.3.2 基于散射抵消方法的熱學(xué)隱身衣的設(shè)計與實驗18-19
• 1.4 熱學(xué)隱身衣研究現(xiàn)狀評述19-20
• 1.5 本文研究的主要內(nèi)容20-22
• 第2章 二維柱形熱學(xué)隱身衣的層狀結(jié)構(gòu)設(shè)計22-39
• 2.1 引言22
• 2.2 二維圓柱形熱學(xué)隱身衣的層狀結(jié)構(gòu)設(shè)計22-27
• 2.3 二維橢圓柱形熱學(xué)隱身衣的層狀結(jié)構(gòu)設(shè)計27-33
• 2.3.1 二維橢圓柱形熱學(xué)隱身衣的理論設(shè)計27-29
• 2.3.2 二維橢圓柱形熱學(xué)隱身衣的層狀結(jié)構(gòu)及其特性29-33
• 2.4 二維復(fù)雜截面形狀柱形熱學(xué)隱身衣的層狀結(jié)構(gòu)設(shè)計33-37
• 2.4.1 二維復(fù)雜截面形狀柱形熱學(xué)隱身衣的層狀結(jié)構(gòu)設(shè)計33-35
• 2.4.2 二維復(fù)雜截面形狀柱形熱學(xué)隱身衣的層狀結(jié)構(gòu)特性分析35-37
• 2.5 本章小結(jié)37-39
• 第3章 基于非線性變換的二維圓柱形熱學(xué)隱身衣層狀結(jié)構(gòu)39-50
• 3.1 引言39
• 3.2 隱式變換理論設(shè)計二維圓柱形熱學(xué)隱身衣39-42
• 3.3 坐標(biāo)變換形式對層狀結(jié)構(gòu)熱學(xué)隱身性能的影響42-45
• 3.4 兩種改善的層狀結(jié)構(gòu)45-49
• 3.4.1 基于三段線性坐標(biāo)變換的層狀結(jié)構(gòu)45-47
• 3.4.2 基于隱身衣生成函數(shù)g(r)=r~(15)的層狀結(jié)構(gòu)47-49
• 3.5 本章小結(jié)49-50
• 第4章 二維圓柱形熱學(xué)隱身衣層狀結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與實驗研究50-72
• 4.1 引言50
• 4.2 二維圓柱形熱學(xué)隱身衣層狀結(jié)構(gòu)的優(yōu)化50-55
• 4.2.1 優(yōu)化任務(wù)50-51
• 4.2.2 試驗方案及樣本空間51-53
• 4.2.3 近似模型53-54
• 4.2.4 優(yōu)化結(jié)果54-55
• 4.3 二維圓柱形熱學(xué)隱身衣層狀結(jié)構(gòu)的制備與測試55-59
• 4.3.1 層狀結(jié)構(gòu)的制備55-57
• 4.3.2 層狀結(jié)構(gòu)的測試57-59
• 4.4 實驗測試結(jié)果分析與討論59-66
• 4.4.1 穩(wěn)態(tài)熱學(xué)隱身效果和性能分析59-62
• 4.4.2 瞬態(tài)熱學(xué)隱身效果和性能分析62-66
• 4.5 對流傳熱對層狀結(jié)構(gòu)熱學(xué)隱身效果和性能的影響66-71
• 4.6 本章小結(jié)71-72
• 結(jié)論72-73
• 參考文獻(xiàn)73-76
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果76-78
• 致謝78

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本文編號：940377