Afin de faciliter une excellente soirée d'observation à travers un télescope, Nous savons que cela doit être en parfait état de stabilité, et collimation et l'équilibre thermique. Cette dernière question sera analysée dans ce post, de mettre en évidence quels sont les principaux paramètres affectant le temps d'acclimatation optique, mesures possibles pour améliorer le problème et les avantages-inconvénients de ces dispositifs.
En général, le télescope est maintenu dans un’ environnement que dans la grande majorité des cas, se trouve à une température différente de l'environnement extérieur auquel alors trouveront la même pendant l'observation. Cela signifie que vous devrez attendre un certain temps pour permettre à tous’ optique pour amener la température de l'air, sinon l'oculaire de vision non-parfaite, en raison des courants de convection d'air qui sont établies au-dessus du miroir et qui induisent des distorsions dans le faisceau optique (cet effet, l'indice de réfraction de l'air varie avec la température de la même).
Le temps nécessaire pour l'optique des arrivées d'équilibre thermique n'est pas facile à estimer, car cela dépend de nombreux facteurs tels que: épaisseur du verre, sauter de la température, présence de ventilateurs ou non, conditions environnementales, présence de vent, etc.…Pour tenter de déterminer le temps approximatif, J'ai développé un petit ordinateur dans une feuille Excel qui tente de simuler probablement le processus de refroidissement. Cela a été possible, étalonner certains paramètres du logiciel en utilisant des données expérimentales acquises à partir de différents tests réels effectués spécialement.
Le simulateur peut être téléchargé à partir des liens ci-dessous, en format .xls ou .xlsx:
Télécharger un fichier: Simulateur de refroidissement miroir (Exceller 2011 .xlsx)
Télécharger un fichier: Simulateur de refroidissement miroir (Exceller 97-2003 ,xls)
Pour résoudre ce problème, nous devons d'abord introduire quelques concepts de base sur les méthodes par lesquelles la chaleur peut se propager.
l'échange de chaleur entre les corps peut être réalisé essentiellement de trois manières différentes, par conduction, par convection ou par rayonnement.
La conduction se produit à l'échelle microscopique sous la forme d'oscillation des molécules du matériau, qui, en coopérant les uns avec les autres pour assurer le transport de la chaleur. Cette oscillation augmente avec l'énergie thermique accumulée dans le corps-à-dire augmentation de la température.
La convection est le processus par lequel la chaleur se propage dans les liquides et les gaz, en raison de gradients de densité qui induisent des mouvements de convection dans le fluide.
L’ au lieu irradiation est le processus par lequel la chaleur (sous la forme d'énergie électromagnétique), Il est échangé par deux surfaces ayant des températures différentes.
Et ce sont les formules qui définissent ces modèles:
ou:
q: un échange de chaleur
l: La conductivité thermique du matériau (coefficient conducteur)
A: aire de la surface d'échange de chaleur
T: température
α: coefficient de convection (coefficient convectif)
Tp: Température mur (ou de la surface de miroir)
T∞: Température de l'air ou de l'éloigner de la surface de fluide
ε: matériau émissif (coefficient d'irradiation)
p: Stefan-Boltzmann
F1.2= Facteur de vue
tc= Température de la haute atmosphère avec laquelle les échanges de Heat Mirror (approximativement égale à -80 ° C)
Comme vous pouvez le voir par les trois méthodes, la chaleur échangée dépend essentiellement au-dessus de l'échange (Que fixé par la taille du miroir) à partir de la différence de température et d'un coefficient qui prend le nom de coefficient conducteur, convective ou rayonnement selon le processus que nous parlons.
La conduction dans l'état d'une étude intéressante de refroidissement du miroir pour comprendre la vitesse à laquelle le verre est en mesure de transporter la chaleur à partir de son centre vers les surfaces extérieures où efficacement la chaleur du miroir est transférée à l'air.
Nous ne pouvons pas intervenir dans cette affaire pour l'améliorer, puisque le coefficient conducteur ne dépend que des caractéristiques du matériau et à moins qu'il soit décidé de fabriquer le miroir avec d'autres matériaux que le verre, la situation ne peut être améliorée. Et’ aussi vrai que différents types de verre peuvent avoir des coefficients de conduction, mais généralement les types d'utilisation optique ont des valeurs comparables. Un matériau différent, cependant, peut avoir une chaleur spécifique différente et ce coefficient il indique la quantité de chaleur qu'un corps est capable de stocker pour chaque kilogramme de masse avant de monter sa température à 1 ° C. Un matériau à haute chaleur spécifique prend beaucoup plus de temps pour être refroidi par rapport à une avec une chaleur spécifique inférieure, étant supérieure à la quantité de chaleur d'avoir à disposer d'un saut de température égale. Une fois que nous avons décidé le matériel et le miroir fabriqué ces valeurs restent fixes et nous devrons intervenir sur d'autres aspects pour diminuer le temps nécessaire pour atteindre l'équilibre thermique.
Le fait qu'il y est le coefficient conducteur (La conductivité thermique du matériau) indique la présence d'une résistance thermique qui a tendance à ralentir la propagation de la chaleur, ce qui est responsable de la différence de température lors du refroidissement qui est établi entre la surface extérieure et le coeur de miroir.
La convection affecte plutôt les surfaces extérieures et ce sont précisément par convection que la chaleur est transférée à partir du miroir à l'air. Dans ce cas, toutefois, le coefficient convectif dépend aussi (non seulement) par la rapidité avec laquelle il se déplace à proximité de l'air à la surface et cette action peut être prise, par exemple en appliquant les fans.
Souvent, le rayonnement est négligé, mais ce procédé entraîne les dispose à miroir de chaleur sous la forme d'ondes électromagnétiques à haute atmosphère qui se trouve à peu près dans -80 ° C. La conséquence de ceci est que la température finale du miroir peut tomber en dessous de la température ambiante favorisant la formation de condensation sur la surface. Même le rayonnement dépend des paramètres que nous ne sommes pas autorisés à changer avec des périphériques externes, car il ne dépend que des propriétés des matériaux (dans ce cas, la couche d'aluminium déposée sur la surface supérieure pour rendre le miroir réfléchissant).
FAÇONS DE COOL
Pour la convection naturelle:
La méthode la plus simple, mais aussi le plus long pour obtenir acclimater, Il est tout simplement de quitter le miroir fixe sur sa cellule. Un échangeur de chaleur de ce type est dit à la convection naturelle, dans lequel les courants d'air se déplaçant au-dessus du miroir que pour la différence de température et donc la densité, la création d'une recirculation à cause de la montée de la’ air chaud et la descente conséquente de l'air plus froid. Étant donné que l'air se déplace que par des gradients de densité dans la vitesse de jeu, ils sont modestes et le coefficient convectif est donc modeste, l'ordre de 5-20 W / m².K.
Ceci explique le temps supplémentaire nécessaire lors de l'utilisation de cette technique.
Ci-dessous, une vidéo dans laquelle vous pouvez voir très bien comment l'air de se déplacer au-dessus et au-dessous du miroir dans ce type de processus et la façon dont il forme une zone fixe de dimensions modestes de l'air chaud qui entoure le miroir ensemble. Cette zone est appelée la couche limite ou couche limite et est le principal coupable qui empêche un bon échange thermique entre le miroir et de l'air (image ci-dessous cette couche est très bonne).
Notez également comment la diminution de la différence de température entre le miroir et l'environnement, la vitesse et la turbulence de l'air sont réduites.
Par convection forcée:
Comme je l'ai mentionné précédemment, afin de réduire le temps nécessaire pour atteindre l'équilibre thermique, vous pouvez ajouter des ventilateurs qui soufflent de l'air sur la surface du miroir, augmentant ainsi la vitesse du fluide et d'être capable de briser tout ou partie de la couche limite et qui porte le coefficient de convection à des valeurs de 100-500 w / m²K.
Les ventilateurs peuvent être positionnés au-dessous et au-dessus du miroir. Pour des épaisseurs inférieures à 30 mm, on peut adopter la solution avec un seul ventilateur positionné dans la partie inférieure du miroir, pour les épaisseurs supérieures seraient appropriées pour équiper le même d'un télescope que bouffées sur la surface supérieure.
Comme nous noterons augmenter par la suite de plus en plus la taille du ventilateur, il est pas pratique parce que l'échange de chaleur a une limitation due à la résistance thermique du verre qui a tendance à ralentir le transport de la chaleur de son centre vers la surface extérieure.
En outre, il ne serait pas logique d'augmenter trop la taille du ventilateur pour améliorer le temps d'acclimatation, en raison de la taille plus grande contre tendance à provoquer de plus grandes vibrations niant les améliorations obtenues sur le côté thermique.
Voici les effets qu'un bas et un ventilateur supérieur créent sur l'air sur le courant de miroir.
Fan ci-dessous:
ventilateur au-dessus:
Notez comment l'action du ventilateur ci-dessous est non seulement limitée à la zone inférieure du miroir, mais aller aussi à modifier de manière significative le champ d'écoulement d'air sur l'optique face supérieure augmentant l'échange de chaleur. Dans la deuxième partie de la vidéo “fan Sotta” on voit comment l'air sortant radialement de l'optique de face inférieure arracher même l'air à partir de la surface supérieure. la même chose se produit également avec le ventilateur placé au-dessus.
AUTRES MÉTHODES
méthodes alternatives plus exotiques peuvent être utilisés, comme celui dans lequel une grille est positionnée au-dessus du miroir sur lequel repose la tuile du congélateur (pour les sacs de glace thermique) pour diminuer la température de l'air qui entre en contact avec le miroir en augmentant ainsi le gradient thermique et par conséquent l'efficacité du processus de refroidissement.
À cet égard, on peut le voir dans la vidéo comme une tuile mail congélateur au-dessus du miroir de induise descendant des courants d'air froid qui vont interagir avec la surface du miroir.
Ce type de solution n'a jamais été testé par l'auteur que je considère les solutions les plus viables avec les fans, mais si quelqu'un a déjà essayé sa main dans cette technique, et testé les avantages-inconvénients peuvent communiquer même dans les commentaires ci-dessous afin de rendre la communication interactive.
Une alternative est:, une méthode qui semble prometteuse est celle qui tente d'aspirer dans la présente de la couche limite sur la face supérieure du miroir, entourant le étirée avec une structure particulière reliée à un ventilateur d'aspiration qui, une fois allumée crée une dépression le long de la circonférence du miroir entraînant l'air au-dessus d'évacuer radialement.
Cette méthode vise à être en mesure de refroidir le miroir avec les avantages en termes de vitesse permise par les fans, succédant à la fois pour créer un mouvement de type d'air évacue laminaire tandis que la surface supérieure du miroir de manière à pouvoir utiliser dès le début d'une bonne vision oculaire.
J'ai couru un test de cette méthode, bien que je ne l'ai pas eu une grande expérience de la facture en espèces qui entoure le miroir pour se faire happer si, si vous étudiez mieux, vous pourriez obtenir de meilleurs résultats. Précisément à cause de la présence du corps autour du miroir, cependant, il peut ne pas être en mesure de voir comment il se comporte l'air juste au-dessus de la surface, mais quelques centimètres partir.
Bien que vous ne pouvez pas voir la couche d'air en contact avec le miroir (couche limite) J'ai des raisons de croire que cette méthode ne peut pas briser la totalité de la couche, parce que malgré cela soit aspiré , miroir de chaleur, le sans cesse renouvelé. E », cependant très clair que toute la colonne d'air au-dessus du miroir se révèle beaucoup mieux que vu dans d'autres vidéos. Je crois que c'est la raison pour laquelle beaucoup soutiennent que ce la meilleure solution oculaire immédiatement la visualisation, non pas tant pour la véritable rupture de la couche limite, mais pour l'amélioration de toute la colonne d'air au-dessus(Il est évident dans la vidéo la différence entre la convection naturelle avant d'alimenter le ventilateur et aspiré après l'allumage). Les solutions avec ventilateur pourrait casser au lieu de la couche limite, mais créé beaucoup de turbulence dans l'air.
RÉSUMÉ:
Chacune de ces méthodes vise à accroître la rapidité avec laquelle l'optique apporter à la température ambiante va agir sur l'un des trois paramètres dont la référence a été faite avant et qui déterminent la quantité de chaleur qui peut être enlevé:
Augmenter le coefficient convectif: En tirant parti de l'utilisation de ventilateurs.
L'augmentation de la différence de température entre le miroir et l'incident air sur la surface: En utilisant le congélateur de carrelage.
En augmentant la surface d'échange: Cela ne peut se faire a priori, lorsque l'on réalise l'ébauche en verre et est l'un des avantages que prefissano pour accéder aux miroirs alvéolaires, qui présentent un rapport surface-volume bien plus grand que un miroir classique.
ÉVALUATION DE L'EFFET DE DIVERS PARAMÈTRES SUR ACCLIMATATION TIME
Après avoir analysé les données expérimentales et celles faites par les simulations que nous pouvons observer comment les différents paramètres affectant le temps de refroidissement:
(tous les cas, fait référence à un refroidissement par convection naturelle, sauf dans les cas où il est indiqué autrement)
diamètre miroir avec la même épaisseur:
Comme on peut le voir le diamètre du miroir n'influence pas de manière significative le temps d'acclimatation. Ainsi, les miroirs de dimensions très différentes, mais ayant la même épaisseur refroidira avec un timing similaire.
L'épaisseur du miroir avec le même diamètre:
L'épaisseur affectera grandement le temps de refroidissement et à un doublement de l'épaisseur peut être prévu’ au sujet d'un doublement du temps nécessaire pour atteindre l'équilibre thermique, au moins en ce qui concerne la convection naturelle.
Utilisation de ventilateurs ou non:
Et’ évident que l'amélioration est obtenue avec l'ajout de ventilateurs qui augmentent le transfert de chaleur par convection et il est pour cette raison qu'il est utile de prévoir l'installation dès le début de cet appareil sur son propre télescope. augmentant encore la taille du ventilateur vous voir que les courbes commencent à se tasser vers une courbe limite en raison des limitations de transport de chaleur à l'intérieur du miroir, niant les légères améliorations peuvent être obtenues au détriment des plus grandes vibrations.