夏舸杨立寇蔚 杜永成

(海军工程大学动力工程学院,武汉 430033)

非均匀背景中任意柱状热斗篷的研究与设计∗

夏舸杨立†寇蔚 杜永成

(海军工程大学动力工程学院,武汉 430033)

(2016年12月13日收到;2017年2月21日收到修改稿)

在变换热力学的基础上,通过坐标变换的方法严格推导出在层状背景和渐变背景下二维任意形状热斗篷导热系数的通解表达式,并在此基础上设计出非均匀背景下二维非共形热斗篷.全波仿真结果表明:在不同背景下,热流均能绕过保护区域流出,保护区域的温度保持不变,而且热斗篷外的温度场并没有破坏,具有很好的热保护和热隐身的效果.这一方法考虑到背景的复杂性,更加贴近工程实际应用,为未来灵活控制热流传递提供了一种可行的方法,对目标热隐身和热保护具有重要借鉴意义.

变换热力学,非均匀背景,导热系数,温度控制

1 引言

近年来,基于波动方程形式的不变性,许多学者通过坐标变换方法设计介质的参数来控制波的传递方向.2006年,Pendry等[1]从麦克斯韦方程的形式不变性出发,设计出具有各向异性特性参数的人工超材料,使得电磁波按照预先设定的路径传播,从而达到电磁隐形的目的.之后,人们又把这种方法应用到声波[2]、物质波[3]、弹性波[4]和热流[5,6]的路径传播与控制上.

2012年,Guenneau等[7]参照电磁斗篷的设计方法,通过等效介质理论构建出20层具有各向异性参数的热斗篷和热集中器,并通过数值计算进行了验证.2013年,Yang等[8]设……