基于坐标变换理论的超材料质流调控特性分析

《基于坐标变换理论的超材料质流调控特性分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、硕士学位论文基于坐标变换理论的超材料质流调控特性分析MetamaterialAnalysisofManipulatingMassDiffusionProcessBasedonCoordinateTransformationTheory邹全哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TK124学校代码：10213国际图书分类号：536.521.2密级：公开工程硕士学位论文基于坐标变换理论的超材料质流调控特性分析硕士研究生：邹全导师：张昊春副教授申请学位：工程硕士学科：动力工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classif

2、iedIndex:TK124U.D.C:536.521.2DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringMetamaterialAnalysisofManipulatingMassDiffusionProcessBasedonCoordinateTransformationTheoryCandidate：ZouQuanSupervisor：Prof.ZhangHaochunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PowerEngineeringAffil

3、iation：SchoolofEnergyScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要超材料因其特殊的性能而受到了广大科研工作者的关注，从最初的光学隐身衣理论，拓展到热学、声学、力学等领域，不断有新的突破和成果诞生。如果分析清楚能够操纵质量通量高效流动的手段，将会对分子生物科学或化学学科产生重大的影响；但基于质量扩散调控的超材料研究却进展缓慢，主要原因在于传质学遵循的扩散方程与

4、其它的波动方程有较大差异，所以人们对于质量扩散调控的研究涉及较少，而本文的研究内容正是分子质量扩散的特性调控，这也是本文的创新点和意义所在。因为研究超材料的理论基础是等效介质理论，而发展变换变换科学理论则依赖于控制方程表达形式的不变性。所以本文主要通过坐标变换理论和等效介质理论来实现质流调控的目的。首先，为了实现单一气体在超材料区域的调控，对功能区域采用两类不同的均匀各向同性材料交替复合，达到人工超材料的功能。其中对于氮气的排斥效果，功能区域采用的是同心圆环的交替排布，填充好两类不同的各向同性材料，所以不同的圆环对于氮气的扩散率不同；而对于氧气的聚集效果，则在功能区

5、域采用等面积扇形的划分方式，同样交替填充选择好的材料，可以实现对氧气的局部聚集和氮气的排斥效果。其次，为了同时实现二元混合气体的复合功能，基于“离散-等效”的等效介质理论，选择符合计算结果要求的四种材料，然后有规律的排布，可以同时实现复合功能，即在一个物理场中同时实现对混合气体中某一种气体的聚集调控与另一种气体的排斥调控。最后，为了探究影响气体扩散的各类因素，对物理模型的几何结构特征进行逐一分析。结果表明，其中功能区域的内半径R1、小扇形数量R、同心圆环数量L、气体在材料中的溶解度和界面气体浓度的不连续性现象等都对气体的扩散有不同程度上的影响。理论上的研究分析可以选

6、择性忽略以上因素，但在实际的实验过程中，如果没有考虑这些额外因素，将会对实验的精度与结果产生巨大的偏差影响。关键词：超材料；坐标变换；等效介质；质流调控I哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractInrecentyears,metamaterials,whichpossessuniquephysicalproperties,haveattractedthegreatinterestofmanyresearchers.Thisunprecedentedcompositematerialshavebeenexpandedtootherfieldssuchasheat

7、,acousticsandmechanicsfromopticalcloak,newbreakthroughsandachievementshavealsobornallthetime.Beingabletomanipulatemassflowiscriticallyimportantinavarietyofphysicalprocessesinbiomolecularscience.However,themetamaterialformassdiffusionhasbeenlargelyunexploredduetothelargelydifferencebe