搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于超材料的平板二维定向传热结构设计

孙良奎 于哲峰 黄洁

引用本文:
Citation:

基于超材料的平板二维定向传热结构设计

孙良奎, 于哲峰, 黄洁

Design of two-dimensional plate directional heat transmission structure based on meta materials

Sun Liang-Kui, Yu Zhe-Feng, Huang Jie
PDF
导出引用
  • 基于变换热力学, 采用坐标斜变换和旋转变换得到定向传热结构单元的热导率分布表达式, 并利用隔热材料和铜分层排布实现了定向传热结构单元. 将定向传热结构单元周期性排列, 得到二维平板定向传热结构. 数值计算结果表明: 当外部热流流向该结构上表面时, 热量主要向两侧流动, 从而使上下表面保持低温. 与同厚度二氧化硅气凝胶隔热材料相比, 上表面温度降低33.3%, 下表面温度降低4.3%, 而侧面温度上升40.1%. 定向传热结构上表面温度的降低表明能够及时导走热量, 从而降低上表面的红外辐射; 下表面温度的降低说明定向传热结构比二氧化硅隔热材料具有更好的隔热效果; 上表面热量主要向两侧传输造成侧面温度急剧升高, 有利于热能的有效利用. 定向传热结构在红外隐身、热防护领域具有潜在的应用价值.
    Based on the transformation thermodynamics, the thermal conductivity expression for the unit cell of the directional heat transmission structure is derived by the oblique and rotary coordinate transformation. We obtain the two-dimensional plate directional heat transmission structure through periodically arranging the unit cells which are realized by layering copper and thermal insulation materials. The results from the numerical calculation indicate that the heat flux flows from the upper surface of the directional heat transmission structure to the two sides, while the upper and lower surface remain at low temperature. Compared with the temperature of SiO2 aerogel thermal insulation material, the upper surface temperature falls 33.3%, the low surface temperature falls 4.3%, while the temperatures of the two sides rise 40.1%. The decrease of the upper surface temperature indicates that the heat on the upper surface can be guided timely, and then the infrared radiation can be weakened. The decrease of the lower surface temperature indicates that the adiabatic efficiency of the directional heat transmission structure is superior to that of the SiO2 aerogel thermal insulation material. The heat transmission from the upper surface to the sides is conducive to the good use of the heat flux. The directional heat transmission has a potential application in the infrared stealth and heat protection.
      通信作者: 孙良奎, slk_0_1999@163.com
      Corresponding author: Sun Liang-Kui, slk_0_1999@163.com
    [1]

    Narayana S, Sato Y 2012 Phys. Rev. Lett. 108 214303

    [2]

    Sheng C, Yu Y, Yu Y, Mi L, Tang G C, Song L X 2013 J. Inorg. Mater. 28 790 (in Chinese) [盛晨, 于云, 于洋, 米乐, 唐根初, 宋力昕 2013 无机材料学报 28 790]

    [3]

    Lallich S, Enguehard F, Baillis D 2008 Int. J. Thermophys. 29 1395

    [4]

    Swimm K, Reichenauer G, Vidi S, Ebert H P 2009 Int. J. Thermophys. 30 1329

    [5]

    Sun L K, Yu Z F, Huang J 2015 Acta Phys. Sin. 64 084401 (in Chinese) [孙良奎, 于哲峰, 黄洁 2015 物理学报 64 084401]

    [6]

    Fan C Z, Gao Y, Huang J P 2008 Appl. Phys. Lett. 92 251907

    [7]

    Li J Y, Gao Y, Huang J P 2010 J. Appl. Phys. 108 074504

    [8]

    Guenneau S, Amra C 2013 Opt. Express 21 6578

    [9]

    Schinnty R, Kadic M, Guenneau S, Wegener M 2013 Phys. Rev. Lett. 110 195901

    [10]

    Han T C, Yuan T, Li B W, Qiu C W 2013 Sci. Rep. 3 1593

    [11]

    Vemuri K P, Canbazoglu F M, Bandaru P R 2014 Appl. Phys. Lett. 105 193904

    [12]

    Qin C L, Yang J J, Huang M, Hu Y Y 2014 Acta Phys. Sin. 63 194402 (in Chinese) [秦春雷, 杨晶晶, 黄铭, 胡艺耀 2014 物理学报 63 194402]

    [13]

    Mao F C, Li T H, Huang M, Yang J J, Chen J C 2014 Acta Phys. Sin. 63 014401 (in Chinese) [毛福春, 李廷华, 黄铭, 杨晶晶, 陈俊昌 2014 物理学报 63 014401]

    [14]

    Yang T Z, Vemuri K P, Bandaru P R 2014 Appl. Phys. Lett. 105 083908

    [15]

    Liang P W, Liao C Y, Chueh C C, Zuo F, Williams S T, Xin X K, Jen A K Y 2014 Adv. Mater. 26 3748

    [16]

    Kadic M, Bueckmann T, Schittny R 2013 Rep. Prog. Phys. 76 126501

  • [1]

    Narayana S, Sato Y 2012 Phys. Rev. Lett. 108 214303

    [2]

    Sheng C, Yu Y, Yu Y, Mi L, Tang G C, Song L X 2013 J. Inorg. Mater. 28 790 (in Chinese) [盛晨, 于云, 于洋, 米乐, 唐根初, 宋力昕 2013 无机材料学报 28 790]

    [3]

    Lallich S, Enguehard F, Baillis D 2008 Int. J. Thermophys. 29 1395

    [4]

    Swimm K, Reichenauer G, Vidi S, Ebert H P 2009 Int. J. Thermophys. 30 1329

    [5]

    Sun L K, Yu Z F, Huang J 2015 Acta Phys. Sin. 64 084401 (in Chinese) [孙良奎, 于哲峰, 黄洁 2015 物理学报 64 084401]

    [6]

    Fan C Z, Gao Y, Huang J P 2008 Appl. Phys. Lett. 92 251907

    [7]

    Li J Y, Gao Y, Huang J P 2010 J. Appl. Phys. 108 074504

    [8]

    Guenneau S, Amra C 2013 Opt. Express 21 6578

    [9]

    Schinnty R, Kadic M, Guenneau S, Wegener M 2013 Phys. Rev. Lett. 110 195901

    [10]

    Han T C, Yuan T, Li B W, Qiu C W 2013 Sci. Rep. 3 1593

    [11]

    Vemuri K P, Canbazoglu F M, Bandaru P R 2014 Appl. Phys. Lett. 105 193904

    [12]

    Qin C L, Yang J J, Huang M, Hu Y Y 2014 Acta Phys. Sin. 63 194402 (in Chinese) [秦春雷, 杨晶晶, 黄铭, 胡艺耀 2014 物理学报 63 194402]

    [13]

    Mao F C, Li T H, Huang M, Yang J J, Chen J C 2014 Acta Phys. Sin. 63 014401 (in Chinese) [毛福春, 李廷华, 黄铭, 杨晶晶, 陈俊昌 2014 物理学报 63 014401]

    [14]

    Yang T Z, Vemuri K P, Bandaru P R 2014 Appl. Phys. Lett. 105 083908

    [15]

    Liang P W, Liao C Y, Chueh C C, Zuo F, Williams S T, Xin X K, Jen A K Y 2014 Adv. Mater. 26 3748

    [16]

    Kadic M, Bueckmann T, Schittny R 2013 Rep. Prog. Phys. 76 126501

  • [1] 金嘉升, 马成举, 张垚, 张跃斌, 鲍士仟, 李咪, 李东明, 刘洺, 刘芊震, 张贻歆. 基于相变材料的慢光和吸收可切换多功能太赫兹超材料. 物理学报, 2023, 72(8): 084202. doi: 10.7498/aps.72.20222336
    [2] 陈闻博, 陈鹤鸣. 基于超材料复合结构的太赫兹液晶移相器. 物理学报, 2022, 71(17): 178701. doi: 10.7498/aps.71.20212400
    [3] 王浩, 姚能智, 王斌, 王学生. 流动隐身衣的均匀化设计与减阻特性研究. 物理学报, 2022, 0(0): 0-0. doi: 10.7498/aps.71.20220346
    [4] 王浩, 姚能智, 王斌, 王学生. 流动隐身衣的均匀化设计与减阻特性. 物理学报, 2022, 71(13): 134703. doi: 10.7498/aps.70.20220346
    [5] 江孝伟, 武华. 吸收波长和吸收效率可控的超材料吸收器. 物理学报, 2021, 70(2): 027804. doi: 10.7498/aps.70.20201173
    [6] 崔铁军, 吴浩天, 刘硕. 信息超材料研究进展. 物理学报, 2020, 69(15): 158101. doi: 10.7498/aps.69.20200246
    [7] 付成花. 微纳粒子光学散射分析. 物理学报, 2017, 66(9): 097301. doi: 10.7498/aps.66.097301
    [8] 金柯, 刘永强, 韩俊, 杨崇民, 王颖辉, 王慧娜. 基于超材料的中波红外宽带偏振转换研究. 物理学报, 2017, 66(13): 134201. doi: 10.7498/aps.66.134201
    [9] 张连超, 邱丽莉, 芦薇, 于颖杰, 孟子晖, 王树山, 薛敏, 刘文芳. 蛋白石型光子晶体红外隐身材料的制备. 物理学报, 2017, 66(8): 084208. doi: 10.7498/aps.66.084208
    [10] 汪肇坤, 杨振宇, 陶欢, 赵茗. 复合结构螺旋超材料对光波前的高效调控. 物理学报, 2016, 65(21): 217802. doi: 10.7498/aps.65.217802
    [11] 徐新河, 刘鹰, 甘月红, 刘文苗. 磁电耦合超材料本构矩阵获取方法的研究. 物理学报, 2015, 64(4): 044101. doi: 10.7498/aps.64.044101
    [12] 孙良奎, 于哲峰, 黄洁. 基于超材料的定向传热结构研究与设计. 物理学报, 2015, 64(8): 084401. doi: 10.7498/aps.64.084401
    [13] 刘亚红, 方石磊, 顾帅, 赵晓鹏. 多频与宽频超材料吸收器. 物理学报, 2013, 62(13): 134102. doi: 10.7498/aps.62.134102
    [14] 沈晓鹏, 崔铁军, 叶建祥. 基于超材料的微波双波段吸收器. 物理学报, 2012, 61(5): 058101. doi: 10.7498/aps.61.058101
    [15] 赵延, 相建凯, 李飒, 赵晓鹏. 基于双鱼网结构的可见光波段超材料. 物理学报, 2011, 60(5): 054211. doi: 10.7498/aps.60.054211
    [16] 钟顺林, 韩满贵, 邓龙江. 超材料微波磁导率色散行为的电可调控性研究. 物理学报, 2011, 60(11): 117501. doi: 10.7498/aps.60.117501
    [17] 孙良奎, 程海峰, 周永江, 王军, 庞永强. 一种基于超材料的吸波材料的设计与制备. 物理学报, 2011, 60(10): 108901. doi: 10.7498/aps.60.108901
    [18] 相建凯, 马忠洪, 赵延, 赵晓鹏. 可见光波段超材料的平面聚焦效应. 物理学报, 2010, 59(6): 4023-4029. doi: 10.7498/aps.59.4023
    [19] 闻孺铭, 李凌云, 韩克武, 孙晓玮. 微波超材料隐形结构及其新型快速实验方案. 物理学报, 2010, 59(7): 4607-4611. doi: 10.7498/aps.59.4607
    [20] 付非亚, 陈微, 周文君, 刘安金, 邢名欣, 王宇飞, 郑婉华. 纳米三明治结构光子超材料中电磁场振荡行为研究. 物理学报, 2010, 59(12): 8579-8583. doi: 10.7498/aps.59.8579
计量
  • 文章访问数:  5090
  • PDF下载量:  237
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2015-05-15
  • 修回日期:  2015-07-06
  • 刊出日期:  2015-11-05

/

返回文章
返回