[发明专利]基于变换热辐射和热传导理论设计的热隐身斗篷

权利要求书

1.一种基于变换热辐射和热传导理论设计的热隐身斗篷，其特征在于，采用坐标变换方法，建立空间变化和材料变化之间的联系，即通过坐标变化将一个圆形区域从圆心压缩成一个环形区域，进而将空间的变化转换为材料的变化，确定热隐身斗篷的材料参数，得到隐身斗篷；其中，能够同时调控热传导和热辐射，实现热隐身功能；

所述热辐射的辐射热流J_rad，由Rosseland扩散近似公式(2)给出：

所述热传导的传导热流J_con，根据Fourier定律由公式(3)给出：

其中，ρ和C分别表示材料的密度和热容，T代表温度，t代表时间，为拉普拉斯算子；β为Rosseland平均消光系数，n为相对折射率，σ为Stefan-Boltzmann常数，κ为材料热导率；

所述通过坐标变化将一个圆形区域从圆心压缩成一个环形区域，具体如下：

对于二维情形，从虚拟空间(r,θ)到物理空间(r′,θ′)的坐标变化，如公式(4)所示：

其中，r₁和r₂分别是热隐身斗篷的内径和外径，即热隐身斗篷为由半径为r₁和r₂的两个同心圆所围成的环形区域；公式(4)的物理含义就是将一个圆形区域从圆心压缩成一个环形区域；该坐标变换的Jacobian变换矩阵A为公式(5)所示：

对于三维情形，从虚拟空间到物理空间的坐标变化，如公式(4-1)所示：

其中，r₁和r₂分别是热隐身斗篷的内径和外径，即热隐身斗篷为由半径为r₁和r₂的两个同心球面所围成的环形区域；

该坐标变换的Jacobian变换矩阵A为公式(10)所示：

所述将空间的变化转换为材料的变化，确定热隐身斗篷的材料参数，具体如下：

相对折射率n为不作改变，即如公式(6)所示：

n′＝n                      (6)

其中，n′为变换后的相对折射率；

对于Rosseland平均消光系数β，热导率κ，密度和热容(ρC)进行变换，具体为：

变换后的Rosseland平均消光系数β′由公式(7)决定：

其中，detA为Jacobian变换矩阵的行列式，A^τ为Jacobian变换矩阵的转置；

变换后的热导率κ′由公式(8)决定：

变换后的密度和热容(ρC)′由公式(9)决定：

2.根据权利要求1所述的热隐身斗篷，其特征在于，采用两种材料以环形交替排列成多层结构，等效地实现热隐身的效果；具体为，设材料A的属性为：消光系数β_A,热导率κ_A；材料B的属性为：消光系数β_B,热导率κ_B；此两种材料满足：β_Aβ_B＝β²且κ_Aκ_B＝κ²，其中β和κ为背景的消光系数和热导率；两种材料以环形交替排列成层状结构，即可以利用两种均匀各向同性的材料实现各向异性的功能。