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变换热学与热能调控

光电工程 2017年第1期44卷 64-68页

作者：徐象繁李保文同济大学物理科学与工程学院声子学与热能科学中心上海200092 同济大学物理科学与工程学院中欧纳米声子学联合实验室上海200092

如果热流大小和热流流向能像固体中的电流一样被调控,则将使热能调控拥有更广阔的应用前景。宏观热能调控最重要的手段是构建热功能材料,通过对宏观热扩散方程的空间变换,实现空间热导系统的非均匀分布,从而有效调控热流流向。这类基于... 详细信息

如果热流大小和热流流向能像固体中的电流一样被调控,则将使热能调控拥有更广阔的应用前景。宏观热能调控最重要的手段是构建热功能材料,通过对宏观热扩散方程的空间变换,实现空间热导系统的非均匀分布,从而有效调控热流流向。这类基于变换热学的新型热功能材料可以实现热隐身与热伪装。

关键词：热能调控变换热学热隐身热伪装

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热学超构材料

科学 2016年第2期68卷 24-25,4页

作者：黄吉平复旦大学物理系上海200433

热学超构材料是超构材料家族的新成员，本文对热学超构材料的最新进展进行了简要介绍，着眼于与其相关的基本理论以及热学超构材料的新奇性质，如热学隐身衣，热学二极管，热幻像等。

关键词：变换热学热学超构材料宏观热学二极管热隐身

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热隐身:小概念,大用途

物理 2023年第9期52卷 605-611页

作者：统计物理与复杂系统课题组复旦大学物理学系上海200438

热隐身这个概念的提出,无论从应用角度,还是从学术层面,皆有其异乎寻常的重要性。文章简介了热隐身的来龙去脉,在介绍概念的同时,重点阐述其在地下掩体中红外热防护方面的特殊应用价值——其在领域内已经发展十五年,广为人知,而在领域... 详细信息

热隐身这个概念的提出,无论从应用角度,还是从学术层面,皆有其异乎寻常的重要性。文章简介了热隐身的来龙去脉,在介绍概念的同时,重点阐述其在地下掩体中红外热防护方面的特殊应用价值——其在领域内已经发展十五年,广为人知,而在领域外尚显陌生。至于热隐身的特殊学术价值,也在文末一并介绍,并着重介绍基于其进行的概念延拓,即从“热隐身”这个小概念,推广到“热超构材料”这个大概念,再进一步推广到“扩散超构材料”这个更大的概念。此外,文章对热隐身的制备方法和原理亦有述及。

关键词：热隐身变换热学红外热防护地下掩体热超构材料扩散超构材料

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奇妙的热超构材料

物理教师 2016年第6期37卷 71-74页

作者：黄吉平上海复旦大学物理系

热学是一门古老的物理学分支学科,当它与今天先进的理论工具和实验手段相结合时,这门古老的分支学科开始取得突破进展,无论是微观尺度,还是宏观尺度.本文主要介绍热学在宏观超构材料领域的新发展.

关键词：热超构材料热隐身宏观热流二极管变换热学传热

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基于热超构材料的宏观热流调控研究

基于热超构材料的宏观热流调控研究

作者：黄诗瑶华中科技大学

学位级别：硕士

热超构材料是自2008年发展起来的一种新颖材料,展现出了许多超越传统材料的热学功能和性质,自诞生之初就吸引了广泛关注。热超构材料可打破热流各向同性扩散的天性,实现针对热流大小和方向的定向调控,设计许多新奇的热学功能和器件,在... 详细信息

热超构材料是自2008年发展起来的一种新颖材料,展现出了许多超越传统材料的热学功能和性质,自诞生之初就吸引了广泛关注。热超构材料可打破热流各向同性扩散的天性,实现针对热流大小和方向的定向调控,设计许多新奇的热学功能和器件,在热管理、传热强化、热能收集等领域具有广泛的应用前景。针对当前热超构器件种类还不够完善,功能不够全面的问题,本文在拓展热超构信息器件,探索自适应热伪装装置和热超构材料探测方法方面进行了创新。提出了加密热打印器件的概念。利用区域变换方法将一个区域划分为多个子区域,在每个子区域进行坐标变换,改变真实目标的位置、大小、形状、旋转角度,留下红外痕迹,通过恰当的拼接,这些笔画就能组成完整的红外信息,只有在红外相机下才能被“解码”。基于能量聚集和能量屏蔽能量单元,探索了高瞬态整流比的热二极管的可能性。该二极管的作用与电二极管和发光二极管中的不对称电流特性类似,能不对称地传输热能。通过有限元模拟发现,其瞬态热整流比高达50,在现有研究中是一个很大的突破。提出了一种通过调整平面外热传导来实现自适应热伪装的方法。通过数学推导,获得了沿背景板与伪装装置同步瞬态导热的基本设计原则,对伪装装置以及背景板的材料和形状进行了约束。通过有限元模拟证明了伪装装置和背景板同步实现热传导。提出了飞行激光点探测热超材料结构的方法。以理想热斗蓬、热聚集器和热旋转器为例,解释了飞行激光点对应的动态热点的热耗散行为与热超构材料的关系,成功识别了平面上的三种热结构,并探讨了激光点的半径对探测能力的影响。该方法可用于边缘检测,开发瞬态成像分析仪和反功能结构。

关键词：宏观热流调控热超构材料变换热学热伪装热二极管热探测

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层状结构热超构器件的设计与性能分析

层状结构热超构器件的设计与性能分析

作者：任学成华中科技大学

学位级别：硕士

热超构材料由于其特殊的结构设计而具有超常的热学物理特性,可用于操纵热流。基于热超构材料的热超构器件实现了许多新颖的热流调控功能,其在进行高效热管理、热能收集、新型能源装置设计来提高能源利用效率等方面具有重要的研究意义。... 详细信息

热超构材料由于其特殊的结构设计而具有超常的热学物理特性,可用于操纵热流。基于热超构材料的热超构器件实现了许多新颖的热流调控功能,其在进行高效热管理、热能收集、新型能源装置设计来提高能源利用效率等方面具有重要的研究意义。针对当前热超构器件存在大多基于规则形状且缺乏在新的实际应用场景的探索研究、不同热超构器件的制备方法缺乏普适性等问题,本文开展了以下工作:为实现固体均温板,提出了一种热超构均热板。利用幻象热学理论设计基板的各个子空间区域的各向异性热导率。与均质基板作对比,通过有限元模拟验证了均热板的有效性。结果表明,二维热超构均热板最大温差只有0.09K,该热超构基板可以实现顶部温度均匀的效果,并且可以扩展至三维基板。后续探讨不同虚拟热源的长度、宽度、位置及基板厚度等结构参数对热超构均热板性能的影响,结果说明,虚拟热源的长度引起的温差较其他参数更大,为12.6 K,对热超构均热板的性能表现影响最大。为统一制备热超构器件的设计方法,提出了一种任意形状的层状结构热功能器件的设计方法。利用变换热学理论和有效介质理论,设计功能单元并组装成相应功能的热超构器件。通过有限元模拟并定量分析验证层状结构任意形状的热隐身斗篷、热集中器和圆形的热斗篷、热集中器、热旋转器的有效性;同时探讨了功能单元的数量对器件性能的影响。结果表明,所设计的层状结构热功能器件均可以实现相应的热学功能,且功能单元数量越多,结果越精确。

关键词：热超构材料热流调控热超构器件变换热学热超构均热板层状结构热功能器件

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热超构材料学:唯一性定理初探

现代应用物理 2024年第5期15卷 1-10页

作者：黄吉平庄鹏飞复旦大学物理学系应用表面物理国家重点实验室上海200438

人工智能、热超构材料和唯一性定理之间的关系主要体现在利用先进的计算方法设计和优化前沿的热超构材料,从而实现对热流的精确控制。在这个过程中,人工智能成为了一个强大的工具,有助于解决复杂的结构设计难题。同时,唯一性定理为这些... 详细信息

人工智能、热超构材料和唯一性定理之间的关系主要体现在利用先进的计算方法设计和优化前沿的热超构材料,从而实现对热流的精确控制。在这个过程中,人工智能成为了一个强大的工具,有助于解决复杂的结构设计难题。同时,唯一性定理为这些解决方案的可靠性和稳定性提供了理论基础。当这些要素被无缝集成,再加上现有的变换理论及其扩展理论(其中唯一性定理也扮演着关键角色)时,一门新的学科——热超构材料学开始崭露头角。热超构材料学可以视为经典热力学的一个应用分支,其与经典热力学的基础领域相对应。在这个应用学科中,唯一性定理占据着基础和关键地位。对热超构材料学中的唯一性定理与经典热力学的四大基本定律之间的比较分析具有启发性。二者都遵循普遍性、独立性、一致性、解释和预测能力、实验验证和简洁性等关键标准。然而,唯一性定理更像是一种数学方法,而不是物理定律。本文旨在重新审视热超构材料学的基本理论架构,并彰显唯一性定理在人工智能时代的不可替代性。

关键词：热超构材料学人工智能唯一性定理经典热力学变换热学

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三维任意形状旋转体热幻觉工具

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