Активное охлаждение Сантел МСТ-180

[Yuri P.]

Эффективность излучения в ИК вызывает большие сомнения. Вспоминаю в ХИРЭ лабы и теорию, насколько помню, излучение в ИК становится хоть сколько-нибудь заметным на Т* выше 150-200* С* и НИЧТОЖНО мало при комнатных.

Да, если взглянуть на кривую излучения "черного" тела так и подумается, но на самом деле все действует и при комнатных температурах, см. пост AndreyYA...
Юрий

[Gera]

Ричи как будто сто лет назад тыл зеркал серебрил, еще наверное и квантовой механики/теории излучения АЧТ тогда не было..

[ysdanko]

На самом деле коэффициент теплового излучения полированной поверхности кварца меньше, чем шероховатой поверхности. Для характерных температур порядка 273-300К он соответственно 0.7 и 0.9. При таких температурах спектральный максимум находиться на длине волны около 10 мкм. Чтобы поверхность имела максимальный коэффициент излучения, характерные размер неровностей, должен иметь размер порядка нескольких длин волн. То есть в данном случае поверхность должна быть шлифованной, причем довольно грубым номером абразива.
Более того, известно, что максимальным коэффициентом излучения обладают поверхности, окрашенные в черный цвет. Это одна из причин, почему хорошие радиаторы для электроники, как правило, красят в темные тона.

[Грин]

Если скатываться в офф-топ - в радиоэлектронику, то качественные радиаторы чернят только оксидированием, а крашенные (за счёт высокого теплового сопротивления любой краски) как раз популярностью не пользуются - любой электронщик предпочтёт чистый блестящий металл чёрному крашенному.

[Yuri P.]

На самом деле коэффициент теплового излучения полированной поверхности кварца меньше, чем шероховатой поверхности. Для характерных температур порядка 273-300К он соответственно 0.7 и 0.9. При таких температурах спектральный максимум находиться на длине волны около 10 мкм. Чтобы поверхность имела максимальный коэффициент излучения, характерные размер неровностей, должен иметь размер порядка нескольких длин волн. То есть в данном случае поверхность должна быть шлифованной, причем довольно грубым номером абразива.

Если не вдаваться в тонкости то вроде звучит логично, но грубая/шероховатая поверхность на микро уровне держит около себя воздух который препятствует тому о чем вы говорите! Полированная поверхность нет. Второе, ИК изнутри не идет эффективно при грубо-шлифованной поверхности... Тут просто надо сделать несколько образцов одинакового размера, но разной шероховатости, на каждый установить датчик и посмотреть какой быстрей остынет! А еще лучше сделать зеркала (плоские, к примеру) - у всех образцов передняя поверхность алюминирована, а задняя: 1. отполирована 2. грубошлифованная 3. окрашена в черный цвет и .т.п. - этими эспериментами и занимался некоторое время Роланд.
Юрий

[Yuri P.]

Более того, известно, что максимальным коэффициентом излучения обладают поверхности, окрашенные в черный цвет. Это одна из причин, почему хорошие радиаторы для электроники, как правило, красят в темные тона.

- тоже вроде с первого взгляда логично, но посмотрите сюда:
http://www.electro-optical.com/bb_rad/emissivity/matlemisivty.htm
и может ваше мнение изменится...
Вчера держал в руках радиатор системы охлаждения Deep Impact камеры - окрашен в белый цвет, черных деталей вообще нет на этой технике
http://solarsystem.nasa.gov/deepimpact/index.cfm
Юрий

[Yuri P.]

Теперь о втором варианте - с закрытой трубой.
Исходник был Максутов-Кассегрен 300мм, вес оптики 11.7 кг, всего телескопа не считая бафлы 27,7кг.
Обычная схема с отдельным вторичным зеркалом и бафлой на нем, также оставили бафлы внутри трубы.
Тепловой расчет был сделан 1. для естественного охлаждения телескопа при разнице дт 10 градусов - требуется ~4.2 часа!
2. если применять только Термоэлецтическое охлаждение то по расчету требуется ~50мин
Если оба вида охлаждения - то всего 31 мин. Дальнейшие полевые испытания подтвердили этот результат с хорошей точностью.
http://tech.groups.yahoo.com/group/tec-scopes/files/MC300/
Принцип устройства на предлагаемом чертеже. Термодатчики были установлены: снаружи трубы, внутри, на главном зеркале, на термоэлектрокулерах (2шт.),
дискретность контроля/измерения Т - 0.2 градуса. Контролировалось: скорость вентиляторов, мощность на ТЭК и дещ хеатер.
система была испытана на Флориде, никаких термоэффектов не наблюдалось
- телескоп был термостабилизирован на все время наблюдений.

Юрий

[DK]

Юрий,

Большое спасибо за раскрытие профессиональных тайн!

Значит, никаких вентиляторов?

Дмитрий

[ysdanko]

Вентилятор есть. Вы не внимательно прочитали

.... Контролировалось: скорость вентиляторов, мощность на ТЭК и дещ хеатер.
система была испытана на Флориде, никаких термоэффектов не наблюдалось
- телескоп был термостабилизирован на все время наблюдений.

Юрий

[ysdanko]

Олжка, действует, действует. К примеру, для стандартной комнаты при разнице температур между комнатой и улицей и стандартным окном с двумя стеклами ИК-часть теплопотерь - примерно 50% от конвекционных....

Здесь не правильная интерпретация данных. Речь идет об относительных величинах. Оконный блок конструируют таким образом, чтобы максимально уменьшить через него тепловые потери. Это достигается в основном за счет конвективной  составляющей теплообмена. Можно представить ситуацию, когда эта составляющая будет равна нулю, при этом все потери будут происходить за счет излучения через стекло. То есть радиационная составляющая тепловых потерь будет равна 100%. Но ее абсолютное значение не измениться. Просто другие потери тепла были ликвидированы за счет конструкции рамы.

Если скатываться в офф-топ - в радиоэлектронику, то качественные радиаторы чернят только оксидированием, а крашенные (за счёт высокого теплового сопротивления любой краски) как раз популярностью не пользуются - любой электронщик предпочтёт чистый блестящий металл чёрному крашенному.

Грин! Оксидированием, создают на поверхности пористый слой из окиси алюминия, а затем этот слой чернят или красят различными красителями. Само по себе оксидирование создает пленку сероватого цвета. Не зависимо от этого разные краски черного цвета, имеют близкие коэффициенты излучения в средней ИК области, которые обычно выше, чем коэффициенты чистого или оксидированного алюминия. Ну а блестящие радиаторы для электроники, это дань дизайну и принудительному охлаждению ничего более. Хорошими их назвать нельзя. Применение таких радиаторов допустимо, так как вы правильно здесь отметили, что доля радиационного теплообмена по сравнению с  принудительной конвекцией дает очень малый вклад, по крайней мере, до температур порядка 50-60 градусов.

Если не вдаваться в тонкости то вроде звучит логично, но грубая/шероховатая поверхность на микро уровне держит около себя воздух который препятствует тому о чем вы говорите! Полированная поверхность нет. Второе, ИК изнутри не идет эффективно при грубо-шлифованной поверхности... Тут просто надо сделать несколько образцов одинакового размера, но разной шероховатости, на каждый установить датчик и посмотреть какой быстрей остынет! А еще лучше сделать зеркала (плоские, к примеру) - у всех образцов передняя поверхность алюминирована, а задняя: 1. отполирована 2. грубошлифованная 3. окрашена в черный цвет и .т.п. - этими эспериментами и занимался некоторое время Роланд.
Юрий

  Юрий! Пограничный слой из воздуха, на радиационный теплообмен никак не влияет. Воздух в основном состоит из двухатомных молекул, который в этом диапазоне (10 мкм) ИК поглощают очень слабо. А полосы поглощения для углекислого газа и воды, лежат в  коротковолновой области. Чтобы это почувствовать, ГЗ должо быть нагрето до температуры порядка 500-700 градусов.
Пограничный слой и микронеоднородности влияют в основном на конвективный обмен. При этом полированная поверхность не является оптимальной для передачи тепла. Чтобы повысить эффективность теплообмена, в системе обычно создают режим турбулентного течения, а для облегчения срыва поверхностного пограничного слоя, на поверхности делают искусственные микронеоднородности, насечки, ступеньки, или придают поверхности шероховатость с заданными параметрами.
ИК изнутри идет наиболее эффективно. В этом можно убедиться, если рассмотреть конструкцию любой действующей модели абсолютно черного тела, или сравнить коэффициенты излучения поверхности полированного и анодированного (оксидированного) алюминия.
 

[DK]

Вентилятор есть. Вы не внимательно прочитали

.... Контролировалось: скорость вентиляторов, мощность на ТЭК и дещ хеатер.
система была испытана на Флориде, никаких термоэффектов не наблюдалось
- телескоп был термостабилизирован на все время наблюдений.

Юрий

Юрий,

А где вентиляторы установлены? Или это на йеху написано?

Дмитрий

[VD]

 При этом полированная поверхность не является оптимальной для передачи тепла. 

Зато полированная поверхность не препятствует радиационному излучению, не создает пограничный слой и вся внутренняя масса остывает одновременно (в радиационном смысле).  И не стоит думать, что радиационный обмен такой уж ничтожный. 

[ysdanko]

Позвольте с вами не согласиться.
Полированная поверхность препятствует радиационному теплообмену. Вот данные по коэффициентам излучения для некоторых материалов в зависимости от степени обработки поверхности:
 
Кварц плавленный 0,67-0,77
Кварц плавленный шероховатый 0,932
Кварцевый песок 0,93

Сталь нержавеющая полированная 0,13
Сталь нержавеющая после прокатки 0,45
Сталь нержавеющая после пескоструйки 0,70

Бронза полированная 0,10
Бронза пористая шероховатая 0,55
Бронза в порошке 0,76-0,80

В общем, эта тенденция  прослеживается для всех материалов.
  Что касается одновременного остывания всей внутренней массы за счет радиационного обмена, то здесь вы не правы. Излучает только поверхность. Дело в том, что механизм передачи тепла из объема, носит чисто теплопроводный характер. Кварц не прозрачен для ИК излучения, начиная с длинны волны 3,5-4 мкм.( http://www.optotl.ru/KIRus.htm)
  Насчет поверхностного или пограничного слоя. Пограничный слой, если мы говорим о теплообмене – понятие чисто гидродинамическое и существует всегда, Определяется физическими свойствами теплоносителя (в данном случае воздуха) и режимами течения, профилями скорости потока и температуры. На радиационный обмен он не влияет.

Далее прекращаю обсуждение этих вопросов. Можно уйти очень далеко от темы термостабилизации МАКов.

[Yuri P.]

Большое спасибо за раскрытие профессиональных тайн!
Значит, никаких вентиляторов?

- какие тут секреты  - все лежало на tec-scopes group до недавнего времени...
Вентилляторов было 6: по одному на каждый радиатор (а их 4- два внутри и два снаружи), и два установлены с наклоном под зеркалом.
Юрий

[Yuri P.]

  Юрий! Пограничный слой из воздуха, на радиационный теплообмен никак не влияет. Воздух в основном состоит из двухатомных молекул, который в этом диапазоне (10 мкм) ИК поглощают очень слабо. А полосы поглощения для углекислого газа и воды, лежат в  коротковолновой области. Чтобы это почувствовать, ГЗ должо быть нагрето до температуры порядка 500-700 градусов.
Пограничный слой и микронеоднородности влияют в основном на конвективный обмен. При этом полированная поверхность не является оптимальной для передачи тепла. Чтобы повысить эффективность теплообмена, в системе обычно создают режим турбулентного течения, а для облегчения срыва поверхностного пограничного слоя, на поверхности делают искусственные микронеоднородности, насечки, ступеньки, или придают поверхности шероховатость с заданными параметрами.
ИК изнутри идет наиболее эффективно. В этом можно убедиться, если рассмотреть конструкцию любой действующей модели абсолютно черного тела, или сравнить коэффициенты излучения поверхности полированного и анодированного (оксидированного) алюминия.   

Ув. ysdanko, предпочел бы обращаться по имени...
Я думаю Вы правы с теоретической точки зрения, но попробуйте обосновать дополнительную работу по полировке тыльной стороны зеркало человеком, которому было что делать (Роланд) (?), понимаю что не аргумент, но с другой стороны - проще оставить грубошлифованную да еще покрасить в черный цвет, чем тратить время на содание поверхности которая zаведомо не эффективна?
Сами мы сделали несколько тестов на остывание поверхностей, но немного в другом ключе: три одинаковые пластины из кварца, но одна обе стороны отполированы и покрыты с обеих сторон, вторая полирована с обеих, но покрыта с одной, третья  тонко шлифована, не покрыта - конечно последняя остывала быстрее.
Следующие эксперимент предполагались с покрытыми зеркалами, но с тыльной стороны: одно полировано, второе шлифовано, третье шлифовано и покрашено...,
опыты (к сожалению) тогда не провели за нехваткой времени и еще по той причине, что с термо-элементами + принудительное охлаждение опытны образец работал и так, ну а вопрос о самой эффективной для охлаждения поверхности остался не отвеченным
Юрий

[Yuri P.]

Что касается одновременного остывания всей внутренней массы за счет радиационного обмена, то здесь вы не правы. Излучает только поверхность. Дело в том, что механизм передачи тепла из объема, носит чисто теплопроводный характер. Кварц не прозрачен для ИК излучения, начиная с длинны волны 3,5-4 мкм.( http://www.optotl.ru/KIRus.htm)

 - почти слово в слово наши аргументы (мои и Е.Тригубов) в споре с Валерием и Роландом на предмет охлаждения МАКов года четыре назад:
(Кварц не прозрачен в ИК, излучает поверхность и чем грубее тем лучше...) 
Юрий

[DK]

- какие тут секреты  - все лежало на tec-scopes group до недавнего времени...

Ну знаете, некоторые пукнуть боятся, чтобы не раскрыть какого-нибудь секрета! 

Дмитрий

[VD]

- какие тут секреты  - все лежало на tec-scopes group до недавнего времени...

Ну знаете, некоторые пукнуть боятся, чтобы не раскрыть какого-нибудь секрета! 

Дмитрий

Великие умы обсуждают идеи. 
Средние - события.
Остальные обсуждают людей. (с)

[ysdanko]

Ув. ysdanko, предпочел бы обращаться по имени...
Я думаю Вы правы с теоретической точки зрения, но попробуйте обосновать дополнительную работу по полировке тыльной стороны зеркало человеком, которому было что делать (Роланд) (?), понимаю что не аргумент,

Мы с вами тески. Меня также зовут Юрий (Yri).
  Естественно я не могу знать чем руководствовался Роланд, когда полировал тыльную сторону своих МАК(ов). Но, скорее всего он следовал советам Максутова.
  Максутов рекомендовал полировать тыльную сторону зеркала, тем же радиусом, что и рабочую, для избавления от «эффекта края», связанную с внутренними напряжениями, которые весьма актуальны для плавленного кварца.

Ваше решение по охлаждению МАК (а) мне нравиться. Все очень компактно и не нарушает герметичности внутреннего объема инструмента (Одно из достоинств МАК (а), которым так смело, пренебрег автор этой темы). Но я бы не стал размещать элементы Пельтье внутри тубы рядом с ГЗ. Мне кажется, что наиболее оптимально было бы вывести их на внешнюю стороны трубы, а тепло отвод организовать с  помощью тепловых трубок. Про них я давал ссылки в соседней теме https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,5291.msg587307.html#msg587307

[Алексей Юдин]

Ну вот мы опять поморозили конструкцию из первого поста. Результат - остывание на 30 градусов за 1 час 15 минут. Марс был просто великолепен!

Надо заметить, что на внефокалах звёзд при работающем на полной скорости вентиляторе было видно лёгкое "подрывание" в виде веера, хотя по Марсу разницы в контрасте во время работы и в течение нескольких минут после выключения не было. (Городские условия...) Так что буду снижать обороты.