姚能智 王浩 王斌† 王学生‡

1) (华东理工大学机械与动力工程学院,上海 200237)

流动超材料与变换流体动力学的发展丰富了人们对于流体流动控制的方法.本文基于变换流体动力学,耦合流动旋转与放大功能,设计出了具有张量化黏度的流动旋聚器.从数值模拟层面验证了旋聚器可在蠕动流状态下同时实现对流速的放大和旋转功能.在旋聚器中心流域,流体流速被放大,呈现出文丘里效应;在旋聚器外部区域,流体流动状态不会因旋聚器的存在而受到干扰,保持原有的流动状态.除此之外,本文发现并解释了空间坐标变换的非互易性所造成的旋转滞后现象的本质.本文所研究内容扩展并优化了现有的流体流动聚集功能;提出了文丘里效应相关应用的一种新途径;为超材料的非互易坐标变换设计提供了新的思路.

1 引言

作为超材料研究设计的一大理论基础,变换理论提升了我们对于自然现象的操控能力.变换光学[1−5]的提出为我们开启了通往变换理论的大门.自基于麦克斯韦方程形式经坐标变换后的不变性产生的变换光学[1−5],到声学领域中的变换声学[6−10],再到热学领域的变换热学[11−20],变换理论不断被丰富.

为了将变换理论拓展到流动控制领域,有学者通过将坐标变换理论与Brinkman-Stokes 方程、达西定律相结合的方式设计出具有各向异性渗透率的流动隐身斗篷[21,22],实现了物体在多孔介质流场中的隐身.为推动变换理论在非多孔介……