[發明專利]一種被隱區域有內熱源的二維熱隱身斗篷設計方法

有效

• 申請號: 201810567388.1
• 申請日: 2018-06-04
• 公開（公告）號: CN108959712B
• 公開（公告）日: 2019-05-24
• 發明（設計）人: 屈治國;郭君
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 覃婧嬋

本發明涉及一種被隱區域有內熱源的二維熱隱身斗篷設計方法，包括：建立二維坐標系x?y并確定該坐標系所圍區域為設計區域；設定邊界條件，并根據所述邊界條件分別求解Z1區無內熱源時設計區域的背景溫度場和Z1區有內熱源時的溫度分布；分別求解Z2、Z3區熱源的直接問題、伴隨問題、目標函數的導數、共軛系數、迭代方向系數、敏感度問題、迭代步長以及目標函數，并更新Z2、Z3區熱源分布；計算Z2區和Z3區的復合目標函數。本發明根據被隱區域的內熱源和背景溫度場在設計區域內施加熱源建立隱身斗篷以實現隱身功能。

技術領域

本發明屬于傳熱學領域，具體涉及一種被隱區域有內熱源的二維熱隱身斗篷設計方法。

背景技術

熱流隱身問題是繼電磁波、聲波隱身等迅速發展之后的又一新興領域。由于熱傳導方程和麥克斯韋方程同樣具有形式不變性，因此受電磁隱身斗篷(Pendry J B，et al，Science，2006，312(5781)：1780-1782)啟發，坐標變換法被推廣到傳熱學領域，通過物性參數的設計，開發出基于超材料的熱隱身斗篷。然而，由于超材料熱隱身斗篷采用無源調控的方法，如果被隱區域有內熱源存在，如人體、正在工作的電子元件以及發熱的軍事設施，根據能量守恒定律，不可避免地對背景溫度場造成擾動，因此，傳統的超材料斗篷無法對被隱區域有內熱源的情況實現熱隱身。采用坐標變換法設計的熱斗篷在內邊界處絕熱，使被隱區域的內熱源散發的熱量集聚在被隱物體上造成其溫度不斷升高最終損壞，因此采用坐標變換法無法設計被隱區域有內熱源的熱隱身斗篷。

發明內容

針對以上不足，本發明的目的在于提供一種被隱區域有內熱源的二維熱隱身斗篷設計方法，所述方法設計的斗篷外界無法探測到被隱區域，且被隱區域可探測外界信息。

為實現以上目的，本發明的技術方案描述如下：

一種被隱區域有內熱源的二維熱隱身斗篷設計方法，包括：

步驟S100：建立二維坐標系x-y并確定該坐標系所圍區域為設計區域；所述設計區域分為被隱區域Z1、設計熱源區Z2和Z3以及背景區域Z4；

步驟S200：設定邊界條件，并根據所述邊界條件分別求解Z1區無內熱源時設計區域的背景溫度場T_g1和Z1區有內熱源時的溫度分布T_g2；

當Z1區無內熱源時，穩態無熱源熱傳導控制方程為：

其中，T為設計區域的溫度，k為設計區域的導熱系數；

當Z1區有內熱源時，穩態有熱源熱傳導控制方程為：

其中，T為設計區域的溫度，k為設計區域的導熱系數，Φ為熱源強度；

步驟S300：結合Z2區和Z3區熱源強度值迭代更新后的值求解Z2區熱源的直接問題獲得全設計區域溫度場T_c；求解Z2區熱源的伴隨問題以獲得拉格朗日乘數分布；求解Z2區目標函數的導數、共軛系數以及Z2區熱源迭代方向系數；求解Z2區熱源的敏感度問題獲得溫度擾動分布；求解Z2區熱源迭代步長，并更新Z2區熱源分布；

步驟S400：將步驟S300求解所得全設計區域溫度場T_c代入Z2區目標函數，若所求函數值足夠小到滿足用戶需要的精度，則進行下一步驟計算，否則返回步驟S300進行新一輪計算；

步驟S500：將Z2和Z3區熱源強度值迭代更新后的值代入Z3區熱源的直接問題方程，更新全設計區域溫度場T_c；求解Z3區熱源的伴隨問題以獲得拉格朗日乘數分布；求解Z3區目標函數的導數、共軛系數以及Z3區熱源迭代方向系數；求解Z3區熱源的敏感度問題獲得溫度擾動分布；求解Z3區熱源迭代步長，更新Z3區熱源分布；