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原文传递一种基于多孔介质的热幻像调控方法

专利名称：	一种基于多孔介质的热幻像调控方法
摘要：	本发明属于热学技术领域，具体一种基于多孔介质的热幻像调控方法。本发明方法结合傅里叶定律和达西定律来描述热传导和热对流过程；利用热导率和渗透率在稳态情况下方程形式一致性，基于有效媒质理论，得到等效渗透率的表达式；之后建立压强场和温度场来产生热对流扩散，利用简单的核壳结构，通过调控壳的渗透率和热导率径向和切向值，来实现热透明、热聚集和热隐身斗篷三种热幻像功能，同时不改变背景之前的温度场和热流场的分布。本发明方法与其他热对流扩散过程中的热幻像调控方法相比，结构简单，更加灵活可行，并且解决了材料的奇异性和非均匀性，因此更具实际应用性。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	上海;31
申请人：	复旦大学
发明人：	黄吉平;杨福宝;须留钧
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-18T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-08T00:00:00+0800
申请号：	CN201910651866.1
公开号：	CN110426319A
代理机构：	上海正旦专利代理有限公司
代理人：	陆飞;陆尤
分类号：	G01N13/00(2006.01);G;G01;G01N;G01N13
申请人地址：	200433 上海市杨浦区邯郸路220号
主权项：	1.一种基于多孔介质的热幻像调控方法，其特征在于，具体步骤为：将温度场和压力场以相互平行或垂直的方向施加在特定结构的多孔介质中，以产生热传导和热对流过程，热传导过程由傅里叶定律描述，热对流过程由达西定律描述；保持至双场稳态后(即满足核壳结构的等效热导率和渗透率等于背景值)，通过调节壳的热导率和渗透率径向值和切向值，分别实现特定结构内部的热透明、热聚集、热隐身斗篷三种热幻像功能，而不影响背景中温度场和热流场分布；体系中，雷诺数小于1；所述特定结构是直径为10-5m量级的核壳结构；壳为渗透率和热导率各向异性的材料，核为功能区，其性质由里面物体决定。 2.根据权利要求1所述的热幻像调控方法，其特征在于，工作尺寸为10μm量级，流体速度需要控制在1mm/s量级，保证系统的雷诺数小于1，即流体为层流，达西定律成立；且流体是不可压缩的纯流体，同时认为流体的密度不随温度变化。 3.根据权利要求2所述的热幻像调控方法，其特征在于，所述通过调节壳的热导率和渗透率径向值和切向值，分别实现特定结构内部的热透明、热聚集、热隐身斗篷三种热幻像功能，具体过程如下：设多孔介质中不可压缩流体的热对流扩散方程表述为：其中，▽为拉普拉斯算子，ρf和Cp,f分别是流体密度和常压下的流体热容，表示流体速度，T表示多孔介质和流体达到平衡时的温度，表示多孔介质和流体的平均热导率张量：这里，φ表示介质的多孔性，和表示多孔介质和流体的热导率张量；方程(1)等号左边表述热对流过程，右边表述热传导过程；描述流体的状态需要速度和两个热力学量：密度和压强；密度认为不随温度改变，压强由达西定律和连续性方程给出：其中，η和分别表示动态粘滞度和渗透率张量，p表示压强；由于热导率和渗透率是物质固有属性，将热传导和热对流过程先独立分开考虑；改写方程(2)为：傅里叶定律为：考虑系统处于稳态，则得到：此外，考虑流体为纯流体，即动态粘滞度η为常量，因此得：由此可见，渗透率和热导率具有相同的方程形式，用有效媒质理论计算等效渗透率和计算等效热导率过程相同，核壳结构的等效渗透率具有和等效热导率一样的表达式，用τ统一代表和其最终表达式为：其中，表示壳的各向异性程度；f＝(r1/r2)2表示核的面积分数，r1和r2分别表示核壳结构的内圆半径和外圆半径；τ1表示核的热导率和渗透率，τrr和τθθ分别表示壳的径向和切向热导率和渗透率；设置背景的热导率和渗透率为τ3，令τe＝τ3，即保证引入核壳结构前后，背景的温度分布和热流分布保持不变，从而实现热透明功能；调整壳的热导率和渗透率的各向异性率，令τrr>τθθ,温度和热流向核内聚集，从而实现热聚集功能；令τrr＜＜τθθ，温度和热流绕开核区域，从而实现热隐身斗篷功能。
所属类别：	发明专利