基于反辨识的二维热隐身斗篷处理方法及热隐身斗篷技术

一种基于反辨识的二维热隐身斗篷处理方法和热隐身斗篷，方法包括：建立二维坐标系x‑y并确定所述二维坐标系所围区域为二维热隐身斗篷的设计区域，基于边界条件求解无量纲温度场控制方程得到设计区域的无量纲背景温度场，基于边界条件求解直接问题的控制方程以得到区域Z3导热系数的直接问题的无量纲温度场，求解区域Z3导热系数的伴随问题以获得拉格朗日乘数，计算区域Z3导热系数的目标函数的导数、共轭系数以及区域Z3导热系数的迭代方向系数，求解区域Z3导热系数的敏感度问题，计算区域Z3导热系数的迭代步长，更新区域Z3导热系数，计算目标函数，若该值足够小到满足用户要求，则对于区域Z3导热系数处理完毕，否则返回第三步骤。

Two-dimensional Thermal Stealth Cloak Processing Method Based on Anti-identification and Thermal Stealth Cloak

【技术实现步骤摘要】
基于反辨识的二维热隐身斗篷处理方法及热隐身斗篷
本专利技术属于热隐身斗篷领域，特别是一种基于反辨识的二维热隐身斗篷处理方法及热隐身斗篷。
技术介绍
热流隐身问题是继电磁波、声波隐身等问题迅速发展之后又一新兴领域。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。热隐身斗篷一般包含两部分：被隐区域和斗篷区域。将热隐身斗篷置于温度场后，斗篷外的温度场不会因为热隐身斗篷的存在而产生任何扰动，被隐区域温度梯度为零。这样，被隐区域的物体将不会受到斗篷外温度场的影响，并且斗篷外的探测器无法根据热扰动探测到被隐区域中被隐物体的存在，实现热隐身功能。然而坐标变化法在设计热隐身斗篷时需要大量且复杂的数学分析，因此无法适用于复杂结构的热隐身斗篷设计。同时，坐标变化法设计出的热隐身斗篷要求物性参数具有非均匀各向异性，甚至在一些位置具有奇异性，这给热隐身斗篷的实际制作带来巨大困难。因此，在坐标变化法之外开发新的更简便的设计方法，将会有益于热隐身斗篷的实际应用。在
技术介绍
部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本专利技术背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题，给出了基于反辨识的二维热隐身斗篷处理方法，明显提高温度调控水平，本专利技术的目的是通过以下技术方案予以实现，一种基于反辨识的二维热隐身斗篷处理方法包括以下步骤：第一步骤中，建立二维坐标系x-y并确定所述二维坐标系所围区域为二维热隐身斗篷的设计区域，设计区域包括最大半径为R1的被隐区域Z1、包括由第一材料制成的半径为R2的区域Z2和由第二材料制成的半径为R3的区域Z3的斗篷区域以及二维热隐身斗篷之外的区域为背景区域Z4，区域Z2和区域Z3分别与被隐区域Z1同心布置，被隐区域Z1和背景区域Z4导热系数相同，区域Z2的导热系数已知，区域Z3的导热系数待辨识处理，第二步骤中，计算设计区域的背景温度场，将二维热隐身斗篷从设计区域中移除，设计区域的无量纲温度场控制方程为：基于边界条件求解无量纲温度场控制方程得到设计区域的无量纲背景温度场，其中，K为求解域的无量纲导热系数，T为无量纲温度，X，Y分别为无量纲坐标，第三步骤中，求解区域Z3导热系数的直接问题以获得区域Z3导热系数的直接问题的无量纲温度场，其中，区域Z3导热系数的直接问题的控制方程为：基于边界条件求解直接问题的控制方程以得到区域Z3导热系数的直接问题的无量纲温度场，第四步骤中，求解区域Z3导热系数的伴随问题以获得拉格朗日乘数，其中，区域Z3导热系数的伴随问题控制方程为：，基于边界条件求解伴随问题的控制方程以得到拉格朗日乘数，其中，δ为狄拉克函数，λ为拉格朗日乘数，i为区域Z3半径为R3处的网格点编号，m为区域Z3半径为R3处的网格点总数，Tbi为第二步骤中计算得到的无量纲背景温度场在区域Z3半径为R3处的无量纲温度值，Tci为第三步骤中直接问题计算得到的无量纲温度场在区域Z3半径为R3处的无量纲温度值，第五步骤中，计算区域Z3导热系数的目标函数的导数、共轭系数以及区域Z3导热系数的迭代方向系数，其中，区域Z3导热系数的目标函数为，J为目标函数，目标函数的导数为：λ为第四步骤中计算得到的拉格朗日乘数，共轭系数为：迭代方向系数为：Pn＝J′n-γnPn-1，其中，n为迭代步数，γn为当前迭代步的共轭系数，J′n为当前迭代步的区域Z3导热系数的目标函数的导数，J′n-1为上一迭代步的区域Z3导热系数的目标函数的导数，ΔXi和ΔYi为区域Z3半径为R3处的相应网格控制容积的尺寸，Pn-1为上一迭代步的区域Z3导热系数的迭代方向系数，且P0＝0，第六步骤中，求解区域Z3导热系数的敏感度问题，计算区域Z3导热系数的迭代步长，更新区域Z3导热系数，区域Z3导热系数的敏感度问题控制方程为：基于边界条件得到无量纲温度扰动ΔT，区域Z3导热系数的迭代步长为：区域Z3导热系数更新通过以下公式处理：其中，Km为区域Z3导热系数，n为迭代步长，P为第五步骤(S500)中计算所得迭代方向系数，β为第六步骤(S600)计算所得迭代步长，i为区域Z3半径为R3处的网格点编号，m为区域Z3半径为R3处的网格点总数，Tci为第三步骤(S300)中直接问题计算得到的无量纲温度场在区域Z3半径为R3处的无量纲温度值，Tb1为第二步骤(S200)中计算得到的无量纲温度场在区域Z3半径为R3处的无量纲温度值，ΔTi为在区域Z3半径为R3处的无量纲温度扰动值，第七步骤中，计算目标函数若该值足够小到满足用户要求，则对于区域Z3导热系数处理完毕，否则返回第三步骤。所述的方法中，二维热隐身斗篷由各向同性材料制成。所述的方法中，第二步骤中，无量纲化包括：其中，x，y分别为实际坐标，L为设计区域的实际边长，T*为实际温度，T1*和T2*为设计域上下边界实际温度，K*为设计域实际导热系数，Kb*为背景区域Z4和被隐区域Z1的实际导热系数，求解背景温度场的无量纲边界条件为：T＝1，Y＝1；T＝0，Y＝0；X＝0以及X＝1。所述的方法中，第三步骤中，边界条件为T＝1，Y＝1；T＝0，Y＝0；X＝0以及X＝1，在Z1区和区域Z4，K为1，在Z2区K为无穷大，在Z3区，K在迭代更新前为1，迭代更新后为第六步骤计算所得值。所述的方法中，第四步骤中，区域Z3导热系数的伴随问题边界条件为：λ＝0，Y＝1；λ＝0，Y＝0；X＝0以及X＝1。所述的方法中，第五步骤中，区域Z3导热系数的敏感度问题边界条件为：ΔT＝0，Y＝1；ΔT＝0，Y＝0；X＝0以及X＝1。根据本专利技术另一方面，热隐身斗篷经由所述基于反辨识的二维热隐身斗篷处理方法处理。和现有技术相比，本专利技术具有以下优点：传统的坐标变化法在设计热隐身斗篷时需要大量且复杂的数学分析，因此无法适用于复杂结构的热隐身斗篷设计。同时，坐标变化法设计出的热隐身斗篷要求物性参数具有非均匀各向异性，甚至在一些位置具有奇异性，这给热隐身斗篷的实际制作带来巨大困难。本专利技术提出的基于反辨识理论的二维热隐身斗篷设计方法采用数值优化的思想，将热隐身斗篷的设计过程转化为一个反问题求解，可以利用计算机进行设计计算，避免了坐标变化法所需的大量且复杂的数学分析，减少人工设计的工作量，可以用于设计复杂结构的热隐身斗篷。本专利技术提出的设计方法设计的斗篷避免了材料的各向异性，有益于热隐身斗篷的实际制作。附图说明通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本专利技术各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：图1是本专利技术所述的基于反辨识的二维热隐身斗篷处理方法的模型示意图；图2是本专利技术所述的基于反辨识的二维热隐身斗篷处理方法的步骤示意图。以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步的解释。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本专利技术的具体实施例。虽然附图中显示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于反辨识的二维热隐身斗篷处理方法，所述方法包括以下步骤：第一步骤(S100)中，建立二维坐标系x‑y并确定所述二维坐标系所围区域为二维热隐身斗篷的设计区域，设计区域包括最大半径为R1的被隐区域Z1、包括由第一材料制成的半径为R3的区域Z2和由第二材料制成的半径为R3的区域Z3的斗篷区域以及二维热隐身斗篷之外的区域为背景区域Z4，区域Z2和区域Z3分别与被隐区域Z1同心布置，被隐区域Z1和背景区域Z4导热系数相同，区域Z2的导热系数已知，区域Z3的导热系数待辨识处理，第二步骤(S200)中，计算设计区域的背景温度场，将二维热隐身斗篷从设计区域中移除，设计区域的无量纲温度场控制方程为：

【技术特征摘要】
1.一种基于反辨识的二维热隐身斗篷处理方法，所述方法包括以下步骤：第一步骤(S100)中，建立二维坐标系x-y并确定所述二维坐标系所围区域为二维热隐身斗篷的设计区域，设计区域包括最大半径为R1的被隐区域Z1、包括由第一材料制成的半径为R3的区域Z2和由第二材料制成的半径为R3的区域Z3的斗篷区域以及二维热隐身斗篷之外的区域为背景区域Z4，区域Z2和区域Z3分别与被隐区域Z1同心布置，被隐区域Z1和背景区域Z4导热系数相同，区域Z2的导热系数已知，区域Z3的导热系数待辨识处理，第二步骤(S200)中，计算设计区域的背景温度场，将二维热隐身斗篷从设计区域中移除，设计区域的无量纲温度场控制方程为：基于边界条件求解无量纲温度场控制方程得到设计区域的无量纲背景温度场，其中，K为求解域的无量纲导热系数，T为无量纲温度，X，Y分别为无量纲坐标，第三步骤(S300)中，求解区域Z3导热系数的直接问题以获得区域Z3导热系数的直接问题的无量纲温度场，其中，区域Z3导热系数的直接问题的控制方程为：基于边界条件求解直接问题的控制方程以得到区域Z3导热系数的直接问题的无量纲温度场，第四步骤(S400)中，求解区域Z3导热系数的伴随问题以获得拉格朗日乘数，其中，区域Z3导热系数的伴随问题控制方程为：，基于边界条件求解伴随问题的控制方程以得到拉格朗日乘数，其中，δ为狄拉克函数，λ为拉格朗日乘数，i为区域Z3半径为R3处的网格点编号，m为区域Z3半径为R3处的网格点总数，Tbi为第二步骤(S200)中计算得到的无量纲背景温度场在区域Z3半径为R3处的无量纲温度值，Tci为第三步骤(S300)中直接问题计算得到的无量纲温度场在区域Z3半径为R3处的无量纲温度值，第五步骤(S500)中，计算区域Z3导热系数的目标函数的导数、共轭系数以及区域Z3导热系数的迭代方向系数，其中，区域Z3导热系数的目标函数为，J为目标函数，目标函数的导数为：λ为第四步骤(S400)中计算得到的拉格朗日乘数，共轭系数为：迭代方向系数为：Pn＝J′n-γnPn-1，其中，n为迭代步数，γn为当前迭代步的共轭系数，J′n为当前迭代步的区域Z3导热系数的目标函数的导数，J′n-1为上一迭代步的区域Z3导热系数的目标函数的导数，ΔXi和ΔYi为区域Z3半径为R3处的相应网格控制容积的尺寸，Pn-1为...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈治国，郭君，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61