 |
آنالیز STOP لنز پتزوال با تابش سطح به سطح
معرفی
بسیاری از سیستم های نوری در محیط های شدید، که در آن تغییرات دما قابل توجه است، کار می کنند. این امر همواره باعث ایجاد تغییر شکل در هندسه نوری می شود. به منظور شبیه سازی اثرات تغییر شکل ساختاری و حرارتی بر عملکرد نوری یک لنز، باید یک تحلیل ساختاری- حرارتی- نوری (STOP) انجام شود.
در آموزش Petzval Lens STOP Analysis مدل دارای دمای یکنواخت در سراسر هندسه فرض شده است. با این حال، این فرض همیشه معتبر نخواهد بود. به عنوان مثال، در طول آزمایش محفظه خلاء حرارتی یک لنز، شار تابشی از یک منبع خارجی (به عنوان مثال، یک اتاق گرم) می تواند یک گرادیان حرارتی در مجموعه عدسی ایجاد کند. در این مدل یک هندسه محفظه خلاء حرارتی ساده به مدل اضافه شده است. سپس از رابط چندفیزیکی تابش سطح به سطح برای مدل‌سازی انتقال حرارت تشعشعی از طریق مجموعه‌ای استفاده می‌شود که در خلاء سرد در حال آزمایش است، جایی که منبع نور خارجی است.
شکل 1: مروری بر آنالیز STOP لنز پتزوال با هندسه تابش سطح به سطح در مقطع. عناصر لنز پتزوال با رنگ آبی تیره، پایه های لنز قرمز، و مجموعه آشکارساز خاکستری تیره نشان داده شده اند. کفن حرارتی سبز است. فرض بر این است که قسمت بیرونی کفن به طور فعال تا دمای پایین ثابت خنک می شود. سمت چپ ترین عنصر (آبی روشن) پنجره خلاء و عنصر سرخابی محفظه خلاء است. عنصر زرد رنگ پنجره حرارتی است.
تعریف مدل
جزئیات عدسی شبیه‌سازی‌شده در این آموزش را می‌توان در آموزش لنز پتزوال (نگاه کنید به رفر. 1 ، صفحه 191) و تجزیه و تحلیل STOP در یک دمای همدما منفرد در آنالیز STOP لنز پتزوال نشان داده شده است . در آن مدل یک هندسه بشکه ساده و مجموعه آشکارساز اضافه شد ( شکل 2 را ببینید ). دستورالعمل های دقیق برای ایجاد هندسه را می توانید در پیوست های این دو آموزش مشاهده کنید.
شکل 2: دنباله هندسه آنالیز توقف لنز پتزوال. در این نما، مرزهای متعددی پنهان شده است تا جزییات درونی دیده شود.
در آموزش فعلی، یک پنجره خلاء، یک محفظه خلاء، و یک پوشش حرارتی به هندسه اضافه شده است ( شکل 3 ). دستورالعمل های ایجاد هندسه در دستورالعمل های گام به گام دقیق این مدل گنجانده شده است (به دستورالعمل های مدل سازی مراجعه کنید ).
بیرونی پوشش حرارتی در دمای ثابت T 0 = – 25 درجه سانتیگراد نگهداری می شود، در حالی که محیط بیرون در دمای اسمی T 1 = 22.5 درجه سانتیگراد است.
لبه های پنجره خلاء در تماس حرارتی با محفظه خلاء فرض می شود. یعنی در دمای T 1 = 22.5 درجه سانتیگراد.
برای کاهش بار حرارتی بر روی اولین عنصر مجموعه لنز، که در نزدیکی پنجره خلاء قرار می گیرد، یک “پنجره حرارتی” دوم به عنوان بخشی از پوشش حرارتی گنجانده شده است. این پنجره اجازه می دهد تا نور (و گرما) از بیرون به داخل محفظه حرارتی عبور کند.
سطوح موجود در مجموعه عدسی در برابر نور مرئی شفاف و نسبت به نور مادون قرمز مات فرض می شود. در این مثال، تابش همه سطوح پراکنده روی مقدار اسمی ε = 0.9 تنظیم شد. این سطوح بیرونی و پوشش حرارتی از طریق تشعشعات سطح به سطح برای رسیدن به دمای تعادل در تعامل هستند.
در این آموزش فضای خالی اطراف خلاء فرض می شود. بنابراین، ضریب شکست حوزه های بیرونی روی 1.0 = n (یعنی خلاء مطلق) 1 تنظیم می شود . تمام خواص مواد دیگر نسبت به مدل پایه بدون تغییر باقی می مانند.
در این مدل، تنظیمات کوچکی روی مش انجام می شود تا اثرات گسسته سازی بر دقت ردیابی پرتو کاهش یابد. مش در شکل 4 نشان داده شده است .
شکل 3: توالی کامل هندسه شامل روکش حرارتی، پنجره حرارتی (که به کفپوش متصل است)، محفظه خلاء و پنجره خلاء.
شکل 4: مش آنالیز توقف لنز پتزوال.
نتایج و بحث
پس از یک مطالعه ثابت که در آن تغییر شکل هندسه محاسبه می‌شود، یک ردیابی پرتو با استفاده از سه طول موج ( 475 نانومتر، 550 نانومتر و 625 نانومتر) در سه زاویه میدان ( 0 درجه، 3.5 درجه و 7.0 درجه) انجام می‌شود.
شکل 5 میدان دمای حاصل را در سراسر مجموعه لنز و بشکه نشان می دهد. واضح است که تأثیر اتاق گرم خارجی، شیب قابل توجهی را در سراسر اولین عنصر لنز ایجاد می کند. عناصر باقی مانده نزدیک به همدما هستند، اما کمی گرمتر از T 0 = -25 درجه سانتیگراد هستند. دمای پنجره خلاء و پنجره حرارتی نیز در شکل 9 قابل مشاهده است . در شکل 6 ، میدان جابجایی همراه با میدان تنش فون میزس نشان داده شده است. تنش کلی بسیار شبیه به مدل بدون تابش سطح به سطح باقی می ماند.
کیفیت تصویر در صفحات تصویر اسمی و “بهترین فوکوس” در شکل 7 و شکل 8 نشان داده شده است . این تصادف جالب توجه است که در T 0 = – 25 درجه سانتیگراد، با فضای بیرونی خلاء، تفاوت بسیار کمی بین صفحه تصویر اسمی و بهترین فوکوس وجود دارد. همچنین باید توجه داشت که به نظر می رسد گرادیان حرارتی در سراسر عنصر اول لنز تأثیر کمی بر کیفیت تصویر دارد. یعنی تغییر در ضریب شکست در این عدسی در نتیجه گرادیان حرارتی، برای مجموعه تک رنگ پرتوهایی که از یک میدان منفرد رها شده اند، اندک است.
شکل 5: یک رد پرتو همراه با نمای 3/4 از مجموعه لنز پتزوال نشان داده شده است. گرادیان دما در سراسر اولین عنصر لنز به وضوح قابل مشاهده است.
شکل 6: در این ردیابی پرتو، میدان جابجایی همراه با میدان تنش فون میزس نشان داده شده است.
شکل 7: کیفیت تصویر روی سطح اسمی تصویر. سطح آشکارساز پس از قرار گرفتن در معرض انبساط حرارتی است.
شکل 8: کیفیت تصویر در صفحه “بهترین فوکوس”. یعنی این سطحی است که حداقل اندازه نقطه RMS را روی محور می دهد.
شکل 9: در این ردیابی پرتو دمای پنجره های خلاء و حرارتی نیز نشان داده شده است.
منابع
1. MJ Kidger، طراحی بنیادی نوری، Bellingham WA، ایالات متحده: SPIE Press، 2001.
2. https://www.us.schott.com .
3. http://www.oharacorp.com/catalog.html .
4. MA Salama، WM Rowe، و RK Yasui، “تحلیل ترموالاستیک آرایه های سلول خورشیدی و خواص مواد آنها”، یادداشت فنی 33-626 ، ناسا، 1973.
5. TM Mower، “رفتار ترمومکانیکی RTV درجه هوافضا (چسب سیلیکون)،” Int. J. Adhes. چسب ها. ، جلد 87، صفحات 64-72، 2018.
6. PR Yoder, Jr., Opto-Mechanical Systems Design , Bellingham WA, USA: SPIE Press, 2006.
مسیر کتابخانه برنامه: Ray_Optics_Module/Structural_Thermal_Optical_Performance_Analysis/petzval_lens_stop_analysis_with_surface_to_surface_radiation
دستورالعمل های مدل سازی
از منوی File ، Open را انتخاب کنید .
به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل petzval_lens_stop_analysis.mph دوبار کلیک کنید .
فیزیک را اضافه کنید
دستورالعمل ایجاد هندسه در ضمیمه آموزش تحلیل STOP لنز پتزوال. نما را جهت مطابقت با شکل 2 قرار دهید .
اکنون، انتقال حرارت با رابط چندفیزیکی تابش سطح به سطح را اضافه کنید.
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Physics کلیک کنید تا پنجره Add Physics باز شود . |
2 | به پنجره Add Physics بروید . |
3 | در درخت، Heat Transfer>Radiation>Heat Transfer with Surface-to-Surface Radiation را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component 1 در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Physics کلیک کنید تا پنجره Add Physics بسته شود . |
تعاریف جهانی
خواص عمومی
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی General Properties کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | ارزش | شرح |
T0 | -25.0 [درجه سانتیگراد] | 248.15 K | دمای روکش حرارتی |
دماها
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 4 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، در قسمت متن برچسب ، Temperatures را تایپ کنید . |
3 | قسمت Parameters را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | ارزش | شرح |
T1 | 22.5 [درجه سانتیگراد] | 295.65 K | دمای محیط |
هندسه محفظه خلاء حرارتی را اضافه کنید. فقط پنجره محفظه خلاء و پوشش حرارتی داخلی در این شبیه سازی گنجانده خواهد شد.
دنباله هندسه تحلیل توقف لنز پتزوال
پنجره خلاء
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Cylinder کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات سیلندر ، Vacuum Window را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Size and Shape را پیدا کنید . در قسمت متن Radius عدد 40 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 5 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن z ، -25 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Coordinate System را پیدا کنید . از لیست Take work plane from ، لنز 1 (pi1) را انتخاب کنید . |
7 | از لیست صفحه کار ، تقاطع راس سطح 1 (wp1) را انتخاب کنید . |
8 | قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . تیک گزینه Resulting objects selection را انتخاب کنید . |
9 | از فهرست نمایش در فیزیک ، انتخاب مرز را انتخاب کنید . |
10 | زیربخش انتخاب تجمعی را پیدا کنید . از فهرست مشارکت در ، Lens Material 1 را انتخاب کنید . |
آنولوس جلو پنجره خلاء
1 | در نوار ابزار هندسه ، روی  قسمت ها کلیک کنید و حلقه مسطح دایره ای را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مربوط به Part Instance ، در قسمت نوشتار Label ، Vacuum Window Front Annulus را تایپ کنید. |
3 | قسمت پارامترهای ورودی را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | ارزش | شرح |
d0 | 90.0 [mm] | 90 میلی متر | قطر، بیرونی |
d1 | 80.0 [mm] | 80 میلی متر | قطر، داخلی |
4 | قسمت Position and Orientation of Output را پیدا کنید . سیستم مختصات را برای مطابقت با بخش فرعی پیدا کنید . از لیست Take work plane from ، لنز 1 (pi1) را انتخاب کنید . |
5 | از لیست صفحه کار ، تقاطع راس سطح 1 (wp1) را انتخاب کنید . |
6 | زیربخش Displacement را پیدا کنید . در قسمت متن zw ، -25 را تایپ کنید . |
جلو پنجره جاروبرقی
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Extrude کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Extrude ، در قسمت نوشتار Label ، Vacuum Window Front را تایپ کنید . |
3 | در شی pi15 ، فقط مرز 1 را انتخاب کنید. |
4 | بخش فاصله ها را بیابید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
فاصله ها (میلی متر) |
15 |
5 | قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . زیربخش انتخاب تجمعی را پیدا کنید . روی New کلیک کنید . |
6 | در کادر محاوره‌ای New Cumulative Selection ، پنجره Vacuum 1 را در قسمت متن نام تایپ کنید . |
7 | روی OK کلیک کنید . |
پنجره حرارتی
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Cylinder کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای سیلندر ، پنجره حرارتی را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Size and Shape را پیدا کنید . در قسمت متن Radius عدد 40 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 2 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن z ، -10 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Coordinate System را پیدا کنید . از لیست Take work plane from ، لنز 1 (pi1) را انتخاب کنید . |
7 | از لیست صفحه کار ، تقاطع راس سطح 1 (wp1) را انتخاب کنید . |
8 | قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . تیک گزینه Resulting objects selection را انتخاب کنید . |
9 | از فهرست نمایش در فیزیک ، انتخاب مرز را انتخاب کنید . |
10 | زیربخش انتخاب تجمعی را پیدا کنید . از فهرست مشارکت در ، Lens Material 1 را انتخاب کنید . |
آنولوس جلوی کفن حرارتی
1 | در نوار ابزار هندسه ، روی  قسمت ها کلیک کنید و حلقه مسطح دایره ای را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمونه قطعه ، Thermal Shroud Front Annulus را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید. |
3 | قسمت پارامترهای ورودی را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | ارزش | شرح |
d0 | 125.0 [mm] | 125 میلی متر | قطر، بیرونی |
d1 | 80.0 [mm] | 80 میلی متر | قطر، داخلی |
4 | قسمت Position and Orientation of Output را پیدا کنید . سیستم مختصات را برای مطابقت با بخش فرعی پیدا کنید . از لیست Take work plane from ، لنز 1 (pi1) را انتخاب کنید . |
5 | از لیست صفحه کار ، تقاطع راس سطح 1 (wp1) را انتخاب کنید . |
6 | زیربخش Displacement را پیدا کنید . در قسمت متن zw ، -10 را تایپ کنید . |
جلوی کفن حرارتی
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Extrude کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Extrude ، Thermal Shroud Front را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | در شی pi16 ، فقط مرز 1 را انتخاب کنید. انتخاب در شکل زیر نشان داده شده است:  |
4 | بخش فاصله ها را بیابید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
فاصله ها (میلی متر) |
2 |
5 | قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . زیربخش انتخاب تجمعی را پیدا کنید . روی New کلیک کنید . |
6 | در کادر محاوره ای New Cumulative Selection ، Thermal Shroud را در قسمت متن نام تایپ کنید . |
7 | روی OK کلیک کنید . |
انتهای کفن حرارتی
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Cylinder کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات سیلندر ، Thermal Shroud End را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Size and Shape را پیدا کنید . در قسمت متن Radius ، 62.5 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 2 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Coordinate System را پیدا کنید . از لیست Take work plane from ، لنز 1 (pi1) را انتخاب کنید . |
6 | از لیست صفحه کار ، تقاطع راس سطح 1 (wp1) را انتخاب کنید . |
7 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن zw ، 180 را تایپ کنید . |
8 | قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . زیربخش انتخاب تجمعی را پیدا کنید . از فهرست مشارکت در ، Thermal Shroud را انتخاب کنید . |
آنولوس کفن حرارتی
1 | در نوار ابزار هندسه ، روی  قسمت ها کلیک کنید و حلقه مسطح دایره ای را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Settings برای Part Instance ، Thermal Shroud Annulus را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت پارامترهای ورودی را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | ارزش | شرح |
d0 | 125.0 [mm] | 125 میلی متر | قطر، بیرونی |
d1 | 120.0 [mm] | 120 میلی متر | قطر، داخلی |
nix | 0 | 0 | محور نوری محلی، مولفه x |
نی | 0 | 0 | محور نوری محلی، مولفه y |
سلسله | 1 | 1 | محور نوری محلی، مولفه z |
4 | قسمت Position and Orientation of Output را پیدا کنید . سیستم مختصات را برای مطابقت با بخش فرعی پیدا کنید . از لیست Take work plane from ، لنز 1 (pi1) را انتخاب کنید . |
5 | از لیست صفحه کار ، تقاطع راس سطح 1 (wp1) را انتخاب کنید . |
6 | زیربخش Displacement را پیدا کنید . در قسمت متن zw ، -8 را تایپ کنید . |
7 | برای گسترش بخش انتخاب مرزها کلیک کنید . در جدول، کادر بررسی Keep را برای همه انتخاب کنید . |
کفن حرارتی بیرونی
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Extrude کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Extrude ، Thermal Shroud Outer را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | در شی pi17 ، فقط مرز 1 را انتخاب کنید. |
4 | بخش فاصله ها را بیابید . از لیست Specify ، Vertices را برای اکسترود کردن انتخاب کنید . |
5 | در شی cyl5 ، فقط نقطه 5 را انتخاب کنید. روی دکمه Wireframe Rendering در نوار ابزار Graphics کلیک کنید تا مشاهده انتخاب‌ها آسان‌تر شود. این انتخاب ها در شکل زیر نشان داده شده است:  |
6 | قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . تیک گزینه Resulting objects selection را انتخاب کنید . |
7 | زیربخش انتخاب تجمعی را پیدا کنید . از فهرست مشارکت در ، Thermal Shroud را انتخاب کنید . |
8 | در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن همه کلیک کنید . |
9 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . هندسه حاصل باید مانند شکل 3 باشد . |
به روز رسانی و اضافه کردن انتخاب برای تعریف مواد و خواص فیزیکی.
تعاریف
در پنجره Model Builder ، گره Component 1 (comp1)>Definitions را گسترش دهید .
بشکه لنز، آشکارساز و کفن حرارتی
1 | در پنجره Model Builder ، گره Component 1 (comp1)>Definitions>Selections را گسترش دهید ، سپس بر روی Lens Barrels and Detector کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Union ، Lens Barrels, Detector and Thermal Shroud را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . در قسمت Selections to add ، روی  Add کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، در فهرست انتخاب‌ها برای افزودن ، پنجره Vacuum 1 و Thermal Shroud را انتخاب کنید . |
5 | روی OK کلیک کنید . |
تمام لنزها و ویندوز
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Union کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Union ، همه لنزها و Windows را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . در قسمت Selections to add ، روی  Add کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، در فهرست انتخاب‌ها برای افزودن ، Lens Material 1 ، Lens Material 2 ، Lens Material 3 و Lens Material 4 را انتخاب کنید . |
5 | روی OK کلیک کنید . |
مونتاژ کامل لنز
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Union کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Union ، Complete Lens Assembly را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . در قسمت Selections to add ، روی  Add کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، در فهرست انتخاب‌ها برای افزودن ، پشتیبانی‌ها ، همه لنزها ، همه (Barrel 1) ، همه (Barrel 2) ، همه (Barrel 3) و Detector Assembly را انتخاب کنید . |
5 | روی OK کلیک کنید . |
لنز و پنجره بیرونی
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Union کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for Union ، قسمت Geometric Entity Level را پیدا کنید . |
3 | از لیست Level ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت نوشتار Label ، Lens and Window Exteriors را تایپ کنید . |
5 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . در قسمت Selections to add ، روی  Add کلیک کنید . |
6 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، در فهرست «انتخاب‌ها برای افزودن» ، «لنز خارجی »، «پنجره خلاء » و «پنجره حرارتی » را انتخاب کنید . |
7 | روی OK کلیک کنید . |
همه دامنه ها
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، همه دامنه ها را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . تیک همه دامنه ها را انتخاب کنید . |
تمام نمای بیرونی
1 | در نوار ابزار تعاریف ،  روی مجاور کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مجاور ، همه موارد بیرونی را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . در قسمت انتخاب‌های ورودی ، روی افزودن کلیک کنید .  |
4 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، همه دامنه‌ها را در فهرست انتخاب‌های ورودی انتخاب کنید . |
5 | روی OK کلیک کنید . |
کفن حرارتی خارجی
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Thermal Shroud Exterior را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار پنجره Graphics ،  در کنار  View Unhidden کلیک کنید ، سپس View All را انتخاب کنید . |
5 | فقط مرزهای 1-5، 7، 8، 10، 18، 151-153 و 236-238 را انتخاب کنید. انتخاب ها باید به شکل زیر باشد:  |
6 | در نوار ابزار پنجره Graphics ،  در کنار  View Unhidden کلیک کنید ، سپس View Unhidden را انتخاب کنید . |
پنجره بیرونی جاروبرقی
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، در قسمت نوشتار Label ، Vacuum Window Exterior را تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | فقط مرزهای 15–17، 155 و 234 را انتخاب کنید. |
پنجره وکیوم و ورودی پنجره حرارتی
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، در قسمت نوشتار Label ، پنجره Vacuum و ورودی پنجره حرارتی را تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | فقط مرزهای 31–34، 37، 160 و 229 را انتخاب کنید. |
لبه های پنجره خلاء
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، در قسمت نوشتار Label، Vacuum Window Edges را تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | فقط مرزهای 29، 30، 159 و 228 را انتخاب کنید. |
همه سطح به سطح
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  تفاوت کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تفاوت ، در قسمت نوشتار Label All Surface to Surface را تایپ کنید . |
3 | قسمت Geometric Entity Level را پیدا کنید . از لیست Level ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . در قسمت Selections to add ، روی  Add کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، همه موارد بیرونی را در لیست انتخاب‌ها برای افزودن انتخاب کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
7 | در پنجره تنظیمات برای تفاوت ، بخش Input Entities را پیدا کنید . |
8 | در قسمت انتخاب‌ها برای تفریق ، روی  افزودن کلیک کنید . |
9 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، در لیست انتخاب‌ها برای تفریق ، Thermal Shroud Exterior ، Vacuum Window Exterior و Vacuum Window Edges را انتخاب کنید . |
10 | روی OK کلیک کنید . |
اپتیک هندسی (GOP)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Geometrical Optics (gop) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اپتیک هندسی ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، همه لنزها و ویندوز را انتخاب کنید . از انتخاب از پیش تعریف شده برای افزودن پنجره های خلاء و حرارتی به این رابط استفاده کنید. انتخاب ها باید مانند شکل زیر باشد:  |
4 | قسمت Material Properties of Exterior and Unmeshed Domains را پیدا کنید . از لیست مدل پراکندگی نوری ، خلاء مطلق را انتخاب کنید . در این مدل مجموعه لنز با خلاء احاطه شده است. فقط یک دامنه خارجی و غیر مشبک را می توان به این روش اختصاص داد. |
خواص متوسط 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Geometrical Optics (gop) را گسترش دهید ، سپس روی Medium Properties 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for Medium Properties ، بخش Model Inputs را پیدا کنید . |
3 | از لیست T ، دما (ht) را انتخاب کنید . |
مکانیک جامدات (جامدات)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Solid Mechanics (solid) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Solid Mechanics ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، مجموعه کامل لنز را انتخاب کنید . فقط مجموعه لنز باید در رابط Solid Mechanics در نظر گرفته شود.  |
4 | در پنجره Model Builder ، گره Solid Mechanics (solid) را گسترش دهید . |
انبساط حرارتی 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Component 1 (comp1)> Solid Mechanics (solid)> Linear Elastic Material 1 را گسترش دهید . |
2 | روی Thermal Expansion 1 کلیک راست کرده و Disable را انتخاب کنید . به جای آن از یک جفت چندفیزیکی استفاده خواهد شد. این در ادامه اضافه می شود. |
چند فیزیک
انبساط حرارتی 1 (te1)
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Multiphysics Couplings کلیک کنید و Domain>Thermal Expansion را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گسترش حرارتی ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، مجموعه کامل لنز را انتخاب کنید . فقط مجموعه لنز باید در اینجا گنجانده شود. |
انتقال حرارت در جامدات (HT)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی انتقال حرارت در جامدات (ht) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتقال حرارت در جامدات ، برای گسترش بخش Discretization کلیک کنید . |
3 | از لیست دما ، خطی را انتخاب کنید . یک شکل خطی را می توان بر اساس این فرض استفاده کرد که میدان دما به آرامی در سراسر هندسه تغییر می کند. |
دما 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Temperature را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات دما ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Thermal Shroud Exterior را انتخاب کنید . |
4 | بخش دما را پیدا کنید . در قسمت متنی T 0 ، T0 را تایپ کنید . این دمای روکش حرارتی است. |
دما 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Temperature را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات دما ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 |  روی Clear Selection کلیک کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، لبه‌های پنجره خلاء را انتخاب کنید . |
5 | بخش دما را پیدا کنید . در قسمت متنی T 0 ، T1 را تایپ کنید . لبه های پنجره خلاء در تماس با محفظه خلاء فرض می شود. |
تابش سطح به سطح (RAD)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Surface-to-Surface Radiation (rad) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تابش سطح به سطح ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست Selection ، All Surface to Surface را انتخاب کنید . سطوحی که باید در این رابط در نظر گرفته شوند از پیش تعریف شده اند.  |
سطح پراکنده 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Surface-to-Surface Radiation (rad) روی Diffuse Surface 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای سطح پخش ، بخش Ambient را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن T amb ، T0 را تایپ کنید . |
4 | قسمت Surface Emissivity را پیدا کنید . از لیست ε ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، 0.9 را تایپ کنید . |
سطح پراکنده 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Diffuse Surface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای سطح پراکنده ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، پنجره خلاء و ورودی پنجره حرارتی را انتخاب کنید . |
4 | بخش Ambient را پیدا کنید . در قسمت متن T amb ، T1 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Surface Emissivity را پیدا کنید . از لیست ε ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، 0.9 را تایپ کنید . |
مواد
RTV (mat6)
1 | در پنجره Model Builder ، گره Component 1 (comp1)>Materials را گسترش دهید ، سپس روی RTV (mat6) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Material ، قسمت Material Contents را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
رسانایی گرمایی | k_iso ; kii = k_iso، kij = 0 | k_RTV | W/(m·K) | پایه ای |
ظرفیت گرمایی در فشار ثابت | Cp | Cp_RTV | J/(kg·K) | پایه ای |
مش 1
مش پیش فرض را تنظیم کنید تا مش بندی لوله لنز و مجموعه های محفظه حرارتی ساده شود.
مثلثی رایگان 2
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Boundary کلیک کنید و Free Triangular را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 6 و 42 را انتخاب کنید. |
جارو 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Swept کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Swept ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، Thermal Shroud Outer را انتخاب کنید . |
چهار وجهی رایگان 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Free Tetrahedral 1 کلیک کنید . |
2 | زیر Swept 1 بکشید و رها کنید . |
اندازه
1 | در پنجره Model Builder ، روی Size کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر را پیدا کنید . |
3 | از لیست از پیش تعریف شده ، درشت را انتخاب کنید . |
4 |  روی ساخت همه کلیک کنید . مش به روز شده باید مانند شکل 4 باشد . |
مطالعه 1
اکنون، مطالعات را به روز کنید. وضعیت Freeze در سطح تصویر غیرفعال باقی می ماند. مراحل زیر حذف انتقال حرارت در جامدات و رابط های تشعشع سطح به سطح از مرحله مطالعه ردیابی پرتو است.
مرحله 2: ردیابی اشعه
1 | در پنجره Model Builder ، گره Study 1 را گسترش دهید ، سپس روی Step 2: Ray Tracing کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ردیابی پرتو ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Lengths ، 0 220 را تایپ کنید . حداکثر طول مسیر نوری را کمی افزایش دهید. |
4 | قسمت Physics and Variables Selection را پیدا کنید . در درخت، Component 1 (comp1)>Heat Transfer in Solids (ht) , Component 1 (comp1)>Surface to Surface Radiation (rad) , Component 1 (comp1)>Multiphysics>Heat Transfer with Surface-to- Transfer را انتخاب کنید. تابش سطحی 1 (htrad1) و جزء 1 (comp1)> چند فیزیک> انبساط حرارتی 1 (te1) . |
5 |  روی Disable در Solvers کلیک کنید . |
6 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
مسیرهای پرتو (gop)
نمودار مسیرهای پرتو و نمودارهای استرس به طور پیش فرض با این ترکیبی از مراحل فیزیک و مطالعه ایجاد می شوند.
استرس (جامد)
سطح 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Temperature را گسترش دهید ، سپس روی Surface 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Expression text، T را تایپ کنید . |
4 | برای گسترش بخش Range کلیک کنید . کادر تیک Manual color range را پاک کنید . |
سطح 2
1 | در پنجره Model Builder ، روی Surface 2 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Expression text، T را تایپ کنید . |
4 | از لیست واحد ، degC را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Range را پیدا کنید . کادر تیک Manual color range را پاک کنید . |
6 | برای گسترش بخش Inherit Style کلیک کنید . از لیست Plot ، Surface 1 را انتخاب کنید . |
7 | در نوار ابزار دما ، روی  Plot کلیک کنید . نتیجه باید با شکل 5 مطابقت داشته باشد . |
جابه جایی
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results ، روی Displacement کلیک کنید . |
2 | در نوار ابزار Displacement ، روی  Plot کلیک کنید . نتیجه باید مانند شکل 6 باشد . |
نمودار نقطه ای، اسمی
روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . نمودار نقطه اسمی سطح تصویر باید مانند شکل 7 باشد .نمودار نقطه ای 1
1 | در پنجره Model Builder ، در Results>Spot Diagram، بهترین فوکوس روی Spot Diagram 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار نقطه ، قسمت فیلترها را بیابید . |
3 | تیک گزینه Filter by release را انتخاب کنید . |
4 | برای گسترش بخش Focal Plane Orientation کلیک کنید . روی Recompute Focal Plane Dataset کلیک کنید . |
5 | قسمت فیلترها را پیدا کنید . کادر بررسی فهرست ویژگی فیلتر بر اساس انتشار را پاک کنید . |
6 | در نوار ابزار Spot Diagram، Best Focus ، روی  Plot کلیک کنید . |
7 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . بهترین نمودار نقطه فوکوس باید مانند شکل 8 باشد . |
دما (پنجره حرارتی و خلاء)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Temperature کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، دما (پنجره حرارتی و خلاء) را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید. |
سطح 2
در پنجره Model Builder ، گره Temperature (Thermal and Vacuum Windows) را گسترش دهید .
انتخاب 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Surface 2 را گسترش دهید ، سپس روی Selection 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب را پیدا کنید . |
3 | از لیست Selection ، Lens and Window Exteriors را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار دما (ویندوزهای حرارتی و خلاء) ، روی  Plot کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . شکل باید با شکل 9 مطابقت داشته باشد . |
1
توجه داشته باشید که در سایر مدل‌های لنز پتزوال، دامنه فراگیر هوا در دمای اسمی فرض می‌شود. بنابراین، هنگام مقایسه بین مدل با و بدون تابش سطح به سطح، مطمئن شوید که از همان مدل برای ضریب شکست نواحی بیرونی و غیر مشبک استفاده کنید.
