摘要: 热超构材料指的是人工设计的热功能结构材料，这种材料拥有常规材料不具备的一些热学性质，能够实现热隐身、热整流等诸多常规材料无法实现的奇特热功能。热整流现象是一种热流量大小依赖于热量传递方向的热传输现象。热隐身现象是热流通过该装置后能... 展开 热超构材料指的是人工设计的热功能结构材料，这种材料拥有常规材料不具备的一些热学性质，能够实现热隐身、热整流等诸多常规材料无法实现的奇特热功能。热整流现象是一种热流量大小依赖于热量传递方向的热传输现象。热隐身现象是热流通过该装置后能够保护隐身区域不受影响，且不改变外部环境热流大小和方向的现象。关于热隐身、热整流等效应的研究在热管理、热防护、储能、以及热计算等诸多领域都有重要的意义。 基于热超结构能够实现对热流的方向控制，将热超结构与传统的平壁界面热整流系统结合有望能够提升系统的热整流系数。本文提出在两段式热整流系统中引入锯齿型界面，基于有限元模拟和变换热学方法研究了锯齿结构参数对热整流系数的影响规律。结果表明，相对于平壁界面热整流系统，锯齿型界面可以降低正向传热时系统的导热热阻，而反向的导热热阻基本不变，从而显著提升稳态系统的热整流系数;对于热导率差异性较强的系统，热整流系数的提升更加明显;对于瞬态热整流效应，锯齿型界面仅能够加快瞬态热整流峰值的出现时间，但瞬态热整流系数的峰值几乎不变。 对于宏观热整流系统，材料的物性也是影响其热整流系数的重要因素。本文将多孔结构引入热整流系统，实现对材料热导率的调控，基于有效介质理论研究了多孔结构对热整流系数的影响。结果表明，相对于无多孔结构的系统，热整流系数可以提高2～3倍。温差较小时，孔隙率对热整流系数的影响较小;温差较大时，正向热流量基本保持不变，反向模式热流量减小，热整流系数增大，且通常存在一个最佳的孔隙率。 热隐身效应也是热超结构的重要应用，基于热超结构可以设计热隐身斗篷。文献报道的双层热隐身斗篷可基于宏观体材料实现较好的热隐身效应，但其隐身效果受到绝热层材料热导率的限制，且通常只能在环境热导率较大时才能实现较好的隐身效果。因此，本文提出了三层热隐身斗篷结构，基于数值模拟和理论分析方法研究了三层热隐身斗篷的隐身性能，得到了实现热隐身所需满足的结构参数关系式。结果表明，三层热隐身斗篷可明显提升热隐身斗篷在低热导率环境中的隐身效果;调整过渡层和外层热导率的关系也能够改善热伪装斗篷的伪装效果。 收起