【摘要】：熱流控制是近年來研究的熱點問題,在能源的高效利用,國防安全,功率器件,熱信息器件等方向都有廣泛的應(yīng)用前景。參照變換光學(xué),得益于熱傳導(dǎo)方程在坐標(biāo)變換前后的形式不變性,研究者將坐標(biāo)變換法推廣到了熱力學(xué)領(lǐng)域,為熱流控制提供了有力的理論支持。熱隱身衣是近年來熱流控制的熱門領(lǐng)域,指可以控制某一區(qū)域的熱流,從外部看就好像該區(qū)域不存在一樣。熱隱身衣的實現(xiàn)往往通過構(gòu)造熱學(xué)超材料來完成。針對熱流控制的定量分析并給出現(xiàn)實的設(shè)計方法對熱隱身的推廣應(yīng)用具有重要意義。目前大部分關(guān)于熱隱身衣與熱流控制的研究都是定性分析,雖然實現(xiàn)了很多功能,但是并沒有給出定量的設(shè)計思路。本文基于坐標(biāo)變換法設(shè)計了二維圓形熱隱身衣的理論模型,并且將其參數(shù)化。定義了無量綱數(shù)描述熱隱身衣參數(shù)和性能。通過數(shù)值模擬計算的方法給出了各個系統(tǒng)參數(shù)對被控制區(qū)域的影響,給出了擬合方程,并進行修正�；诖丝梢园凑招枨笤O(shè)計熱隱身衣,并且通過調(diào)節(jié)參數(shù)定量的控制固定區(qū)域的熱流。鑒于熱隱身衣需要的是各向異性的材料,而且需要滿足某些條件,現(xiàn)實中幾乎不能找到符合條件的材料,于是本文通過等效熱阻理論利用各項同性材料構(gòu)造了符合要求的熱學(xué)超材料�；跇�(gòu)造的熱學(xué)超材料,本文建立了兩個等效熱隱身衣模型,分別具有熱集中和熱削弱功能,并且進行了分析。定義無量綱數(shù)描述等效模型對外部溫度場的擾動,并與理論模型比較。最后將兩個模型綜合,給出了能同時實現(xiàn)兩種功能的熱隱身衣模型的設(shè)計思路,可以根據(jù)不同需求調(diào)節(jié)模型參數(shù)即可定量的控制固定區(qū)域的熱流。
【圖文】：

圖 1-1 幾種超材料結(jié)構(gòu)示意圖[9]是指，電磁波可以繞過目標(biāo)區(qū)域，但卻不對外部電磁場造成影響，好像目區(qū)域不存在一樣。推廣開來，熱量從高溫向低溫傳遞，在不同材料中的傳速度不同，，用熱導(dǎo)率來衡量。在傳遞過程中，熱擴散會變得平滑，如果在通量的路徑中放置障礙物，等溫線的就會發(fā)生變形。熱學(xué)上隱身就是指目

格數(shù)學(xué)證明[4]，這是應(yīng)用坐標(biāo)變換的理論基礎(chǔ)。如圖質(zhì)中，熱流沿平直的路徑傳播，如果將該介質(zhì)所在平的傳播路徑也會發(fā)生變化，不再平直。此時，熱傳導(dǎo)的傳播路徑也切實的放生了改變，這就是坐標(biāo)變換物理定律同樣有效。
【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】：2019
【分類號】：O242;TS941.7;TB34

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本文編號：2623932