PDF《基于超材料的定向传热结构研究与设计 孙良奎 于哲峰 黄洁》

基于超材料的定向传热结构研究与设计 孙良奎 于哲峰 黄洁 Research and design of directional heat transmission structure based on metamaterial Sun Liang-Kui Yu Zhe-Feng Huang Jie 引用信息 Citation: Acta Physica Sinica, 64,

084401 (2015) DOI: 10.

7498/aps.64.084401 在线阅读View online: http://dx.doi.org/10.7498/aps.64.084401 当期内容View table of contents: http://wulixb.iphy.ac.cn/CN/Y2015/V64/I8 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 基于(火积)理论的轧钢加热炉壁变截面绝热层构形优化 Constructal optimization of variable cross-section insulation layer of steel rolling reheating furnace wall based on entransy theory 物理学报.2015, 64(5):

054402 http://dx.doi.org/10.7498/aps.64.054402 亚表面异质缺陷对功能梯度材料表面温度场的影响 Influence of inclusion in functionally graded materials on the surface temperature distributions 物理学报.2014, 63(19):

194401 http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.194401 基于拉普拉斯方程的任意形状热斗篷研究与设计 Research and design of thermal cloak with arbitrary shape based on Laplace'

s equation 物理学报.2014, 63(19):

194402 http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.194402 硅功能化石墨烯热导率的分子动力学模拟 Molecular dynamics simulation of the thermal conductivity of silicon functionalized graphene 物理学报.2014, 63(7):

074401 http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.074401 基于变换热力学的任意形状热集中器研究与设计 Research and design of thermal concentrator with arbitrary shape based on transformation thermodynam- ics 物理学报.2014, 63(5):

054401 http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.054401 物理学报Acta Phys. Sin. Vol. 64, No.

8 (2015)

084401 基于超材料的定向传热结构研究与设计 孙良奎? 于哲峰 黄洁 (中国空气动力研究与发展中心, 绵阳 621000) (

2014 年9月21 日收到;

2014 年10 月27 日收到修改稿 ) 在热斗篷研究的基础上, 提出定向传热结构的研究. 基于变换热力学, 采用坐标斜变换推导了定向传热 结构热导率分布的表达式. 数值计算结果表明, 外部热流流经定向传热区域时, 热流向设计的高温面流动, 而 设计的低温面温度较低. 此外, 在导出的热导率分布表达式的基础上, 进一步进行坐标旋转变换, 得到的热导 率表达式只有相互垂直的两个分量. 计算结果表明, 沿高温面法向的热导率增大时, 传热效率提高, 而且经过 坐标旋转变换后, 高温面与低温面的温差增大. 定向传热在红外隐身、 热防护领域具有潜在的应用价值. 关键词: 定向传热, 超材料, 红外隐身 PACS: 44.10.+i, 05.70.Ca, 81.05.Xj, 07.05.Tp DOI: 10.7498/aps.64.084401

1 引言Cloak的设计研究在超材料研究中占有重要地 位[1?3] , 目前电磁及可见光 Cloak 已经通过实验验 证[4,5] . 电磁 Cloak 设计的核心在于变换光学理论, 采用该理论能够建立材料本构参数与坐标变换之 间的关系 [6,7] . 变换光学理论后来应用于超散射 [8] 、 超吸收等 [9] 具有特殊功能器件的设计. 变换光学 理论是建立在 Maxwell 方程的形式不变性基础上 的.

2008 年, Fan 等[10] 发现在一定条件下, 热扩散 方程也具有形式不变性, 并利用该特性设计了球形 和椭球形热 Cloak. 在这之后, 研究人员相继设计 了电流和热流双功能 Cloak [11] , 内外边界共形 [12] 、 非共形 [13] 任意形状Cloak, 热聚焦器等 [14,15] , 并且 研究了热Cloak的制备方法 [16,17] . 电磁 Cloak 的隐身原理是光线绕过目标, 再回 到原来的传输路径上, 好像光线没有遇见目标一 样;