3.3.2. Анализ влияния термооптических свойств покрытий на температуру зеркала

Влияние термооптических свойств поверхностей обсерватории на температуру зеркала исследовалось на варианте конструкции с экранами, охватывающим зеркало, см. Рис. 1.11.

Для проведения исследования было создано шесть моделей обсерватории, различающиеся значениями термооптических коэффициентов, значения которых приведены в Табл. 3.5. Термооптические коэффициенты всех поверхностей одной модели одинаковы. Теплофизические характеристики модели указаны в Табл. 3.3.

Табл. 3.5

Термооптические свойства элементов модели

Модель	Коэф. зерк. отр.	Коэф. дифф. отр.	Коэф. погл.	Коэф. проп.	Степень черноты
0,875	0,0	0,875	0,125	0,0	0,125
0,900	0,0	0,900	0,100	0,0	0,100
0,925	0,0	0,925	0,075	0,0	0,075
0,950	0,0	0,950	0,050	0,0	0,050
0,975	0,0	0,975	0,025	0,0	0,025
0,990	0,0	0,990	0,010	0,0	0,010

Каждая модель состояла из трехслойного экрана и зеркала сферической формы. Каждый слой экрана представлял собой шестигранную пирамиду с основанием, обращенным к зеркалу. Слой представлялся в модели 6 элементами типа CTRIA3. Зеркало моделировалось 92 элементами типа CQUAD4. Точечный источник излучения мощностью 3.85E+26 Вт и эффективной температурой 5788К находился на расстоянии 1.49E+11 м от зеркала на оси симметрии модели со стороны экранов. Источник обеспечивал лучистый поток плотностью 1374 на внешний слой экрана.

Размеры модели указаны на Рис. 3.39, внешний вид модели приведен на Рис. 3.40.

Рис. 3.39. Габаритные размеры модели

Рис. 3.40. Внешний вид модели в модуле T.H.O.R.I.U.M.

Рассчитанные зависимости средней температуры зеркала для различных вариантов покрытия приведены на Рис 3.41. Интерес представляет зависимость средней температуры зеркала от коэффициента диффузного отражения поверхностей обсерватории, изображенная на Рис. 3.42.

Рис. 3.41. Зависимость средней температуры зеркала от времени для различных значений коэффициента диффузного отражения	Рис. 3.42. Зависимость средней температуры зеркала в момент времени 1.0E+7 от коэффициента диффузного отражения

На первый взгляд, температура зеркала должна монотонно повышаться при приближении коэффициента диффузного отражения к единице, однако это предположение неверно. При более внимательном анализе конструкции обсерватории можно прийти к выводу, что температура зеркала зависит от потока с зеркала и теплопритока со стороны внутреннего экрана. Поток с зеркала прямо пропорционален степени его черноты, зависящей от коэффициента диффузного отражения (при приближении коэффициента диффузного отражения к единице степень черноты стремится к нулю). То есть, при увеличении коэффициента отражения снижается степень черноты, соответственно, снижается тепловой поток с зеркала и снижается темп его охлаждения.

Поток на зеркало определяется температурой внутреннего экрана, которая увеличивается при снижении коэффициента отражения. Это происходит оттого, что при снижении коэффициента отражения повышается теплопередача между слоями экрана и увеличивается тепловой поток от одного слоя к другому. Таким образом, при увеличении коэффициента отражения снижается тепловой поток на зеркало и скорость его охлаждения увеличивается.

В итоге, имеют место две противоположные тенденции. С одной стороны, при увеличении коэффициента диффузного отражения уменьшается тепловой поток с зеркала, что приводит к снижению темпа его охлаждения. С другой стороны, при увеличении коэффициента отражения уменьшается тепловой поток на зеркало, что приводит к увеличению темпа его охлаждения. Все это и приводит к тому, что на зависимости средней температуры зеркала от коэффициента возникает минимум.

Данное утверждение было подвергнуто проверке путем расчета двух наборов моделей: только экранов с различными коэффициентами диффузного отражения и только зеркал с теми же значениями коэффициентов.

Модели экранов включали в свой состав источники излучения, обеспечивавшие лучистый поток плотностью 1374 на внешний экран. Во втором наборе моделей источники излучения отсутствовали.

Рассчитанные по этим моделям зависимости средних температур зеркала и внутреннего слоя экрана показаны на Рис. 3.43.

Рис. 3.43. Зависимости средних температур зеркала и внутреннего слоя экрана от коэффициента диффузного отражения

На Рис. 3.43 видно, что средняя температура зеркала при отсутствии экранов при увеличении коэффициента отражения повышается, в то же время, средняя температура внутреннего слоя экрана при том же условии снижается. Высказанное утверждение о причинах существования минимума температуры доказано.