Diseño Computacional de Meta-Dispositivos para Manipular el Flujo de Calor Considerando Efectos Transitorios y Propiedades Termo-Dependientes

Abstract

En este trabajo se presenta un nuevo método para el diseño de meta-dispositivos térmicos para manipular el flujo de calor en régimen transitorio, considerando además propiedades físicas y de transporte termo-dependientes. El mismo consiste en resolver un problema de optimización no lineal a gran escala cuya función objetivo a ser minimizada es el error en cumplir una tarea de manipulación transitoria del flujo de calor. El desempeño del dispositivo se evalúa utilizando el método de elementos finitos, y el material en cada elemento es seleccionado de un par predefinido de materiales candidatos. Tal problema de optimización es abordado utilizando el método de materiales simples isótropos con penalización, donde la fracción de cada material se define como una función continua. Los materiales candidatos son isótropos, pero el dispositivo térmico así diseñado se comporta como un metamaterial, permitiendo la manipulación del flujo de calor en la forma deseada durante todo el régimen transitorio.