[发明专利]能够同时调控热传导、热对流和热辐射的热透明装置

权利要求书

1.一种能够同时调控热传导、热对流和热辐射的热透明装置，其特征在于，该热透明装置为二维核壳结构；观察者不能从该结构的背景温度分布判断其中是否有物存在；

设计原理如下：

考虑传热过程的多孔介质由液体和固体组成，总热流J由传导热流J₁，辐射热流J₂和对流热流J₃组成，热传输过程由拉普拉斯方程描述：

为拉普拉斯算子；其中，热传导过程通过Fourier定律描述，热辐射通过Rosseland扩散近似描述，多孔介质中的热对流过程通过达西定律描述，具体如下：

其中ρ_f、c_f、η_f分别表示流体材料的密度、热容、动力学粘度，ζ为多孔介质的渗透率，P为压强，根据达西定律，有：κ为多孔介质的热导率，γ为热辐射系，γ＝16β^-1n²σ/3，β为Rosseland平均消光系数，n为相对折射率，σ为Stefan-Boltzmann常数，T代表温度；

由于多孔介质是由液体和固体组成，得到：其中，为多孔介质的孔隙率，κ_f和β_f为流体的热导率和消光系数，κ_s和β_s为固体的热导率和消光系数；

根据三种传热方式，选择三个参数即热导率κ、消光系数的倒数β^-1和渗透率ζ进行讨论和计算；

方程(1)写为：

然后用一个与坐标相关的函数f(x)描述与之间的关系：

此时，因此方程(5)写为：

为了确保公式(7)在全局区域的通解一致，相应的参数满足：此时方程(7)写为：

其中，

据此利用有效媒质理论来同时描述全热学过程；

用κ_c，和ζ_c表示核的热导率，消光系数的倒数和渗透率，用κ_s，和ζ_s表示壳层的热导率，消光系数的倒数和渗透率；根据有效媒质理论得到核壳结构的等效性质：

其中，为核在核壳结构中的面积分数，r_c，r_s分别为核半径和壳半径；背景材料即核壳结构的外部的参数满足公式(9)--公式(11)。