[發(fā)明專利]基于變換熱輻射和熱傳導(dǎo)理論設(shè)計(jì)的熱隱身斗篷

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910946019.8
• 申請(qǐng)日: 2019-10-01
• 公開（公告）號(hào): CN110826265B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃吉平;須留鈞;戴高樂(lè)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/23
• 分類號(hào): G06F30/23;G16C60/00;G06F119/08
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

1.一種基于變換熱輻射和熱傳導(dǎo)理論設(shè)計(jì)的熱隱身斗篷，其特征在于，采用坐標(biāo)變換方法，建立空間變化和材料變化之間的聯(lián)系，即通過(guò)坐標(biāo)變化將一個(gè)圓形區(qū)域從圓心壓縮成一個(gè)環(huán)形區(qū)域，進(jìn)而將空間的變化轉(zhuǎn)換為材料的變化，確定熱隱身斗篷的材料參數(shù)，得到隱身斗篷；其中，能夠同時(shí)調(diào)控?zé)醾鲗?dǎo)和熱輻射，實(shí)現(xiàn)熱隱身功能；

所述熱輻射的輻射熱流J_rad，由Rosseland擴(kuò)散近似公式(2)給出：

所述熱傳導(dǎo)的傳導(dǎo)熱流J_con，根據(jù)Fourier定律由公式(3)給出：

其中，ρ和C分別表示材料的密度和熱容，T代表溫度，t代表時(shí)間，為拉普拉斯算子；β為Rosseland平均消光系數(shù)，n為相對(duì)折射率，σ為Stefan-Boltzmann常數(shù)，κ為材料熱導(dǎo)率；

所述通過(guò)坐標(biāo)變化將一個(gè)圓形區(qū)域從圓心壓縮成一個(gè)環(huán)形區(qū)域，具體如下：

對(duì)于二維情形，從虛擬空間(r,θ)到物理空間(r′,θ′)的坐標(biāo)變化，如公式(4)所示：

其中，r₁和r₂分別是熱隱身斗篷的內(nèi)徑和外徑，即熱隱身斗篷為由半徑為r₁和r₂的兩個(gè)同心圓所圍成的環(huán)形區(qū)域；公式(4)的物理含義就是將一個(gè)圓形區(qū)域從圓心壓縮成一個(gè)環(huán)形區(qū)域；該坐標(biāo)變換的Jacobian變換矩陣A為公式(5)所示：

對(duì)于三維情形，從虛擬空間到物理空間的坐標(biāo)變化，如公式(4-1)所示：

其中，r₁和r₂分別是熱隱身斗篷的內(nèi)徑和外徑，即熱隱身斗篷為由半徑為r₁和r₂的兩個(gè)同心球面所圍成的環(huán)形區(qū)域；

該坐標(biāo)變換的Jacobian變換矩陣A為公式(10)所示：

所述將空間的變化轉(zhuǎn)換為材料的變化，確定熱隱身斗篷的材料參數(shù)，具體如下：

相對(duì)折射率n為不作改變，即如公式(6)所示：

n′＝n??????????????????????(6)

其中，n′為變換后的相對(duì)折射率；

對(duì)于Rosseland平均消光系數(shù)β，熱導(dǎo)率κ，密度和熱容(ρC)進(jìn)行變換，具體為：

變換后的Rosseland平均消光系數(shù)β′由公式(7)決定：

其中，detA為Jacobian變換矩陣的行列式，A^τ為Jacobian變換矩陣的轉(zhuǎn)置；

變換后的熱導(dǎo)率κ′由公式(8)決定：

變換后的密度和熱容(ρC)′由公式(9)決定：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱隱身斗篷，其特征在于，采用兩種材料以環(huán)形交替排列成多層結(jié)構(gòu)，等效地實(shí)現(xiàn)熱隱身的效果；具體為，設(shè)材料A的屬性為：消光系數(shù)β_A,熱導(dǎo)率κ_A；材料B的屬性為：消光系數(shù)β_B,熱導(dǎo)率κ_B；此兩種材料滿足：β_Aβ_B＝β²且κ_Aκ_B＝κ²，其中β和κ為背景的消光系數(shù)和熱導(dǎo)率；兩種材料以環(huán)形交替排列成層狀結(jié)構(gòu)，即可以利用兩種均勻各向同性的材料實(shí)現(xiàn)各向異性的功能。