流动隐身衣的均匀化设计与减阻特性

流动隐身衣因为可以显著降低指定目标的表面阻力而备受关注.然而大多数传统流动隐身衣的设计参数为非均匀各向异性,非均匀这一限制增加了制备流动隐身衣的难度.为突破这种限制,本文采用等效介质理论与积分中值定理,将流动隐身衣所需的设计参数均匀化.通过数值模拟验证了简化后的均匀流动隐身衣具有与非均匀流动隐身衣一样的隐身效果,并且同样适用于多种流场.这种简化方法不仅可以将非均匀流动隐身衣简化为均匀流动隐身衣,更重要的是可以适用于其他领域,如光学、声学、电磁学与热学等不同领域的超材料均匀化设计,为降低超材料制备难度提供了新方法.此外,基于均匀流动隐身衣对不同流场的适用性,首次设计了一种流动伪装装置,该装置可以将原始物体所产生的流场伪装成由任意物体引起的期望流场,为实现流动伪装提供了解决方案.最后,定量对比分析了流动隐身衣的隐身与减阻性能随着雷诺数增加的变化,结果表明在非蠕动流时流动隐身衣仍然具有良好的隐身性能与较高的减阻效率.     

基于变换流体动力学的文丘里效应旋聚器的设计与非互易特性研究

流动超材料与变换流体动力学的发展丰富了人们对于流体流动控制的方法.本文基于变换流体动力学,耦合流动旋转与放大功能,设计出了具有张量化黏度的流动旋聚器.从数值模拟层面验证了旋聚器可在蠕动流状态下同时实现对流速的放大和旋转功能.在旋聚器中心流域,流体流速被放大,呈现出文丘里效应;在旋聚器外部区域,流体流动状态不会因旋聚器的存在而受到干扰,保持原有的流动状态.除此之外,本文发现并解释了空间坐标变换的非互易性所造成的旋转滞后现象的本质.本文所研究内容扩展并优化了现有的流体流动聚集功能;提出了文丘里效应相关应用的一种新途径;为超材料的非互易坐标变换设计提供了新的思路.