热流隐身问题是继电磁波、声波隐身问题迅速发展之后的又一新兴领域。由于热传导方程和麦克斯韦方程同样具有形式不变性,因此受电磁波隐身斗篷的启发,科学家成功将坐标变换法推广到热力学领域,并设计制备出相应的热流隐身斗篷,同时提出“变换热力学”这一术语。由于瞬态热传导问题与瞬态电磁波传输问题存在质的区别:前者不是波动问题,所以在研究热流隐身问题时不需要考虑被研究目标的尺寸,即热流隐身问题可以应用于任何需要特定、明确的高温管理的地方,无论是微观(如微电子)或是宏观层面。热问题在我们的实际生活中几乎随处可见,小到我们的日常生活,大到国家的领先科技和国防安全,这些都促使科研工作者更加深刻、系统地研究热流的控制问题。而热流隐身问题的研究作为一个新兴领域,更是热流控制中的一个新的研究方向,因此本文将基于坐标变换法和中性夹杂思想全面系统地研究热流隐身问题。目前,传统的热流隐身斗篷虽然能够保持斗篷内部的温度处处相同,但是却无法调控该区域的温度范围,这将会严重限制热流隐身斗篷的实际应用。为了拓宽热流隐身斗篷的应用范围,丰富热流隐身斗篷的可用选项,本文基于变换热力学的概念,给出了二维任意形状非奇异开口热流隐身斗篷的设计方案,成功推导出这种开口斗篷各个区域中材料参数的精确表达式,并进行了数值验证。理论推导和数值验证均表明,开口热流隐身斗篷在保留原有热流隐身斗篷功能的同时,可以通过设计开口位置和大小调节斗篷内部区域的温度范围。鉴于实际问题中的物体大多都是三维立体的,为了使热流隐身工具更具有实际应用意义,本文利用坐标变换法把二维热流隐身工具推广到三维问题中,深入研究了三维任意形状的热流隐身工具的设计和数值验证问题。以三维热流变形器的设计过程为例,统一给出三维热流集中器、三维热流隐身斗篷、三维热流收缩器、三维热流扩大器和三维热流变形器这几种热流隐身工具的设计方法。详细推导了三维热流变形器材料参数的一般表达式,并以此为基础,针对各种热流隐身工具的具体情况给出了具体分析,最后通过有限元仿真对每种热流隐身工具的有效性都进行了数值验证。虽然上述工作中所采用的坐标变换法理论基础简单,设计操作便利,并且可以实现任意形状斗篷的设计,但是由坐标变换法设计的热流斗篷的材料参数均具有非均匀各向异性特性,在实际的制备中需要采用等效介质理论进行简化处理,增加了工作量及制备难度。基于上述问题,本文将细观力学中的中性夹杂思想应用于热流隐身问题中,着重研究了规则形状(圆柱、球和椭球)目标的热流隐身工具。基于Milton给出的各种规则形状涂层夹杂等效热导率的理论公式,求出设计中性夹杂所需要的尺寸和材料参数之间的关系,根据这些关系式即可方便地得到所需涂层的厚度和材料参数,而且可以根据不同的需求调节所需涂层的厚度和性能。因为中性夹杂具有不干扰基体中场的特殊性能,所以中性夹杂同样能够达到隐身的目的。除此之外,当中性夹杂和其它夹杂同时存在于基体中时,基体中的热信号只能反映出其它非中性夹杂的存在,使其成为中性夹杂的障眼法,实现中性夹杂的热幻觉。为了使本文内容更加充实、完整,在上述理论工作完成之后,本文还从实验角度对热流隐身斗篷进行了初步探索。文章利用与坐标变换法截然不同的方法得到的材料参数,采用新的设计方案,对现有的二维圆形非奇异热流隐身斗篷的实验进行了重现,以此作为热流隐身工具实验制备的初步尝试和基础研究。实验结果表明本文所制备的热流隐身斗篷能够有效地实现热流隐身的目的。