[发明专利]一种具有热疏导及定向热聚集功能的热管理器件

说明书

本发明涉及一种具有热疏导及定向热聚集功能的热管理器件，包括圆柱体基体、热源和热聚集部件，所述热源为设置在所述圆柱体基体中心且与所述圆柱体基体等高的柱状体结构，所述热聚集部件为多个设置在所述圆柱体基体内且围绕所述热源周向布置的扇形结构，所述热聚集部件与所述圆柱体基体高度相同，所述热聚集部件短弧面一侧远离所述热源，所述热聚集部件由两种热导率不同的材料沿扇形结构的圆弧方向交错排布构成。本发明的热管理器件可以实现热源的热流疏导和定向聚集，且材料选择的范围扩大，适用于宽温度范围及宽热流范围。

技术领域

本发明涉及热管理技术领域，更具体地，涉及一种具有热疏导及定向热聚集功能的热管理器件。

背景技术

热能是世界上最普遍的能量形式之一，大多数能量形式耗散后得到热能，造成大量的能量损失，限制了能量的利用效率。另一方面，在能源动力、航空航天等领域中涉及众多与换热过程相关的器件或部件，需要考虑热量传递对器件或部件的热影响问题。因此，如何高效地调控热能，成为热科学研究的一个重要方向。设计热超构材料成为了实现热流控制的有效途径之一。热超构材料通过人为设置的自然材料掺杂或者有序排列，使得材料产生自然材料没有的各向异性的导热率，将热流线以特定的方式弯折，使热流偏离原路径，实现热流的非线性调控。

目前，国内外学者已在热超构材料领域取得了一定的研究成果，实现了稳态和非稳态条件下对于热流的非线性调控，例如：(1)2012年，那罗延纳和Sato利用不锈钢、橡胶、木材常规材料分别实现了热隐身衣(实现特定区域的热流屏蔽)、热聚集器(实现热流定向聚集，提高特定区域的热流密度)、热旋转器(将热流旋转特定角度)等；(2)Schittney、Chen等分别在2013利用软物质材料PDMS和铜实现了热隐身衣和热聚集器，提高了热流操控的效率；(3)2015年，黄吉平等利用记忆合金材料(SMA)实现了两种热隐身衣：一种在高温下可以展现隐身功能(A型隐身衣)，在低温下变为普通的背景材料；第二种是在低温下出现隐身功能(B型隐身衣)，在高温下成为普通背景材料。

针对于实际广泛的应用需求，现有研究仍存在如下不足之处：(1)受限于材料导热系数、使用温度上限等条件，大多研究工作仅设计在较低温度(100℃以下)及低热流条件下工作的热超构材料，无法满足能源动力、航天航空等领域的高温、高热流应用需求；(2)现有的热超构材料只实现热流的单一调控，例如热聚集、热旋转等，无法实现多种非线性热流调控方式的耦合。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种具有热疏导及定向热聚集功能的热管理器件，可以实现热源的热流疏导和定向聚集，适用于宽温度范围及宽热流范围。

为实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：

一种具有热疏导及定向热聚集功能的热管理器件，包括圆柱体基体、热源和热聚集部件，所述热源为设置在所述圆柱体基体中心且与所述圆柱体基体等高的柱状体结构，所述热聚集部件为多个设置在所述圆柱体基体内且围绕所述热源周向布置的扇形结构，所述热聚集部件与所述圆柱体基体高度相同，所述热聚集部件短弧面一侧远离所述热源，所述热聚集部件由两种热导率不同的材料沿扇形结构的圆弧方向交错排布构成。

上述技术方案中，所述热源的形式包括固体热传导热源、流体对流热源或者辐射热源。所述热源的温度范围从室温到1000℃。

上述技术方案中，所述热聚集部件的数量为2-10个。

上述技术方案中，所述两种热导率不同的材料的结构为尺寸相同的楔形结构。

上述技术方案中，所述楔形结构的个数为20～30个。

上述技术方案中，所述热聚集部件的张角为60°～180°。

上述技术方案中，所述热聚集部件的半径为所述圆柱体基体半径的0.3～0.7倍。