熱學(xué)隱身衣層狀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、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(yàn)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(shí)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(jì)形狀簡單、設(shè)計(jì)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(jì)、實(shí)驗(yàn)制備與測試方面

2、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(jì)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(jì)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(yàn)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(jì)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

3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)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

4、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(jì)，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(jì)的層狀結(jié)構(gòu)，在均勻熱流工況下測試。實(shí)驗(yàn)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