【摘 要】
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热超构材料因其能按照预设要求调控热流方向,在热能高效利用、电子器件散热、热信息管理等领域有着广泛的应用前景。近年来,随着理论与实验条件的不断成熟,人们越来越多的关注到热超构材料。但目前多数研究均围绕着单一功能的热斗篷展开,并且缺少对热超构材料总体性能的评估方法。针对以上问题,本文设计并分析了三种基于热超构材料的热学功能器件。提出了一种具有热隐身和热旋转双重功能的旋转热斗篷。利用变换热力学方法,同时
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热超构材料因其能按照预设要求调控热流方向,在热能高效利用、电子器件散热、热信息管理等领域有着广泛的应用前景。近年来,随着理论与实验条件的不断成熟,人们越来越多的关注到热超构材料。但目前多数研究均围绕着单一功能的热斗篷展开,并且缺少对热超构材料总体性能的评估方法。针对以上问题,本文设计并分析了三种基于热超构材料的热学功能器件。提出了一种具有热隐身和热旋转双重功能的旋转热斗篷。利用变换热力学方法,同时变换两个坐标,推导出旋转热斗篷的热导率参数。并对其进行数值模拟,结果表明该旋转热斗篷在旋转角度为零时,实现了热斗篷的隐身功能;在旋转角度非零时,实现了热流边旋转边隐身的双重热学功能。开展了椭圆形热斗篷的整体热力学性能研究。建立不同参数椭圆形热斗篷的结构与热力学模型,并运用熵产最小理论与火积耗散极值理论进行优化分析。探究了中央保护区轴长、环形区域轴长、椭圆形轴比值对热斗篷性能的影响。结果表明熵产与火积耗散均能作为评价热超构材料的指标并指导其结构设计。提出了一种基于热屏蔽与热集中单元的热编码功能器件。利用热流通过两个单元的不同二进制状态设计出热编码功能器件。通过数值模拟对一维、二维热编码功能器件进行研究,并实验制备出可拆卸式热编码功能器件。结果表明该热编码功能器件可以根据预先设定的临界热流和编码协议进行信息传递。
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