在论文中,他们展示了“多温恒温箱”的理论设计框架、计算方法、以及具体设计步骤。
假如相关公司需要同时运输多种不同温度的货物,可以直接采用上述设计方法来制作相应器件,从而在物流运输领域发挥作用。
将志愿者用保温箱送饭,和本次课题加以结合
据了解,黄吉平课题组的博士毕业生周鑫晨,是本次研究的主力人员。此次课题最早来源于他俩之间的一次讨论。
有一次,周鑫晨告诉黄吉平可以通过调节系统热学/结构参数,实现某一功能区域的温度控制,从而实现保温功能。
然而,当时的想法还不够清晰,于是黄吉平引导周鑫晨对研究意义进行明确,即提出一个具体的新功能或新理论。
不久之后,周鑫晨结合工程技术的相关文献,和黄吉平讨论了多温度控制、以及多温恒温箱的想法及其可行性,随后定下了本次课题。
由于理论推导部分并不复杂,因此周鑫晨很快就提出了解析理论并加以模拟验证。
后来,在一次讨论中黄吉平建议周鑫晨要提出更加具备普适性的理论,以提升这一研究的应用范围。
提出更完善的理论之后,周鑫晨开始实施实验计划。期间,黄吉平要求每个实验要都重复 5 次,取平均值之后给出误差棒,借此提升分析结果的可靠性。
同时,他们还设计了一个理论模型,以用于估算“多温恒温箱”的有效保温时间。假如根据实际情况对该模型加以优化,预计将对工程应用提供更多指导。
从单区域保温到多区域保温
如前所述,在打造“多温恒温箱”时课题组使用相变材料来充当移动热源和移动冷源。而假如开发一些高性能复合相变材料,来替换现有的移动热源和移动冷源,必将进一步提升“多温恒温箱”的保温性能。
对于类梯田结构的多温度控制来说,本次论文是领域内的开先河者。为了便于展示本次成果,该团队采用了左、右两端的高低温恒温边界,以及上、下、前、后四面的绝热边界。
但是,在实际应用中很难实现完全的绝热,因为内部环境和外界环境不可避免地存在热交换,多温度控制效果也必然会打折扣。
因此,他们下一步打算在保温箱内构建三对高低温的恒温边界,利用本次提出的方案实现多温度控制,借此完全屏蔽外界环境的影响,从而进一步提升控温效果。
另据悉,变换热学和热超构材料——是黄吉平实验室的主要研究方向,这一方向同时包含基础研究和工程应用。
具体来说,2016 年,该团队在 Physical Review Letters 上发表了一篇关于零能耗保温的论文,借此报道了一款新型恒温器,它可以在环境温差变化的情况下,维持功能区域温度的恒定,而且无需额外能量的输入。
就基础研究而言,2016 年这项工作基于非线性热传导给出了一个新理论,并基于此实现了一个新功能。由于温差广泛存在于环境中,例如建筑物阴面和阳面、月球表面等,因此这种功能的应用前景十分宽泛。