[发明专利]一种被隐区域有内热源的二维热隐身斗篷设计方法

说明书

本发明涉及一种被隐区域有内热源的二维热隐身斗篷设计方法，包括：建立二维坐标系x‑y并确定该坐标系所围区域为设计区域；设定边界条件，并根据所述边界条件分别求解Z1区无内热源时设计区域的背景温度场和Z1区有内热源时的温度分布；分别求解Z2、Z3区热源的直接问题、伴随问题、目标函数的导数、共轭系数、迭代方向系数、敏感度问题、迭代步长以及目标函数，并更新Z2、Z3区热源分布；计算Z2区和Z3区的复合目标函数。本发明根据被隐区域的内热源和背景温度场在设计区域内施加热源建立隐身斗篷以实现隐身功能。

技术领域

本发明属于传热学领域，具体涉及一种被隐区域有内热源的二维热隐身斗篷设计方法。

背景技术

热流隐身问题是继电磁波、声波隐身等迅速发展之后的又一新兴领域。由于热传导方程和麦克斯韦方程同样具有形式不变性，因此受电磁隐身斗篷(Pendry J B，et al，Science，2006，312(5781)：1780-1782)启发，坐标变换法被推广到传热学领域，通过物性参数的设计，开发出基于超材料的热隐身斗篷。然而，由于超材料热隐身斗篷采用无源调控的方法，如果被隐区域有内热源存在，如人体、正在工作的电子元件以及发热的军事设施，根据能量守恒定律，不可避免地对背景温度场造成扰动，因此，传统的超材料斗篷无法对被隐区域有内热源的情况实现热隐身。采用坐标变换法设计的热斗篷在内边界处绝热，使被隐区域的内热源散发的热量集聚在被隐物体上造成其温度不断升高最终损坏，因此采用坐标变换法无法设计被隐区域有内热源的热隐身斗篷。

发明内容

针对以上不足，本发明的目的在于提供一种被隐区域有内热源的二维热隐身斗篷设计方法，所述方法设计的斗篷外界无法探测到被隐区域，且被隐区域可探测外界信息。

为实现以上目的，本发明的技术方案描述如下：

一种被隐区域有内热源的二维热隐身斗篷设计方法，包括：

步骤S100：建立二维坐标系x-y并确定该坐标系所围区域为设计区域；所述设计区域分为被隐区域Z1、设计热源区Z2和Z3以及背景区域Z4；

步骤S200：设定边界条件，并根据所述边界条件分别求解Z1区无内热源时设计区域的背景温度场T_g1和Z1区有内热源时的温度分布T_g2；

当Z1区无内热源时，稳态无热源热传导控制方程为：

其中，T为设计区域的温度，k为设计区域的导热系数；

当Z1区有内热源时，稳态有热源热传导控制方程为：

其中，T为设计区域的温度，k为设计区域的导热系数，Φ为热源强度；

步骤S300：结合Z2区和Z3区热源强度值迭代更新后的值求解Z2区热源的直接问题获得全设计区域温度场T_c；求解Z2区热源的伴随问题以获得拉格朗日乘数分布；求解Z2区目标函数的导数、共轭系数以及Z2区热源迭代方向系数；求解Z2区热源的敏感度问题获得温度扰动分布；求解Z2区热源迭代步长，并更新Z2区热源分布；

步骤S400：将步骤S300求解所得全设计区域温度场T_c代入Z2区目标函数，若所求函数值足够小到满足用户需要的精度，则进行下一步骤计算，否则返回步骤S300进行新一轮计算；

步骤S500：将Z2和Z3区热源强度值迭代更新后的值代入Z3区热源的直接问题方程，更新全设计区域温度场T_c；求解Z3区热源的伴随问题以获得拉格朗日乘数分布；求解Z3区目标函数的导数、共轭系数以及Z3区热源迭代方向系数；求解Z3区热源的敏感度问题获得温度扰动分布；求解Z3区热源迭代步长，更新Z3区热源分布；