夏舸 杨立 寇蔚 杜永成

(海军工程大学动力工程学院,武汉 430033)

基于变换热力学的三维任意形状热斗篷设计∗

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11月22日收到;2017年3月9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,推导出三维任意形状热斗篷导热系数的通解表达式,并进行了全波仿真验证.结果表明∶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.这一方法把变换热力学从二维拓展到三维,具有普遍的适用性.同时,这种技术为热流流动路径和目标温度场的控制奠定了理论基础,在微芯片、电动机的保护以及目标热隐身上有潜在应用.

∶变换热力学,热斗篷,三维任意形状,温度场

PACS∶44.10.+I,05.70.—a,81.05.Xj,07.05.TpDOI∶10.7498/aps.66.104401

1 引 言

2006年,Pendry等[1]和Leonhardt[2]从麦克斯韦方程的形式不变性出发,通过坐标变换的数学方法推导出具有各向异性特性的人工超材料的参数,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.从此,这种控制电磁波传播的理论方法引起了广大学者极大的关注,并逐渐发展成为变换光学的一般理论[3−5].变换光学理论不但可以应用于制作隐形器件[6,7],还能用来设计波束集中器[8,9]、完美透镜[10]、波束旋转器[11]以及指向性天线等[12].后来,人们又把光学变换理论的思想应用到声波[13,14]、物质波[15]、弹性波[16]和热流[17]的传播路径设计上.

与电磁波、声波以及弹性波等不……