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太阳望远镜的倒锥导流式热光阑研制

张雨辰 王飞翔 许方宇 黄善杰 谭旭 路文龙 肖建国 贾钰超 罗宏

张雨辰, 王飞翔, 许方宇, 黄善杰, 谭旭, 路文龙, 肖建国, 贾钰超, 罗宏. 太阳望远镜的倒锥导流式热光阑研制[J]. 中国光学(中英文), 2020, 13(3): 586-594. doi: 10.3788/CO.2019-0139
引用本文: 张雨辰, 王飞翔, 许方宇, 黄善杰, 谭旭, 路文龙, 肖建国, 贾钰超, 罗宏. 太阳望远镜的倒锥导流式热光阑研制[J]. 中国光学(中英文), 2020, 13(3): 586-594. doi: 10.3788/CO.2019-0139
ZHANG Yu-chen, WANG Fei-xiang, XU Fang-yu, HUANG Shan-jie, TAN Xu, LU Wen-long, XIAO Jian-guo, JIA Yu-chao, LUO Hong. Development of the inverted-cone diversion type heat-stop for solar telescopes[J]. Chinese Optics, 2020, 13(3): 586-594. doi: 10.3788/CO.2019-0139
Citation: ZHANG Yu-chen, WANG Fei-xiang, XU Fang-yu, HUANG Shan-jie, TAN Xu, LU Wen-long, XIAO Jian-guo, JIA Yu-chao, LUO Hong. Development of the inverted-cone diversion type heat-stop for solar telescopes[J]. Chinese Optics, 2020, 13(3): 586-594. doi: 10.3788/CO.2019-0139

太阳望远镜的倒锥导流式热光阑研制

doi: 10.3788/CO.2019-0139
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(No.11803089,No.11873091,No.11673064)
详细信息
    作者简介:

    张雨辰(1995—),男,云南昆明人,博士研究生,2017年于中国海洋大学获学士学位,现为中国科学院云南天文台博士研究生,主要从事天文技术与方法的研究。E-mail:zhangyuchen@ynao.ac.cn

    许方宇(1972—),男,云南昆明人,博士,2001年、2006年于天津大学分别获得硕士、博士学位,现为中国科学院云南天文台副研究员,从事红外天文技术的研究。E-mail:xu_fangyu@ynao.ac.cn

  • 中图分类号: P111.21;TH691.9

Development of the inverted-cone diversion type heat-stop for solar telescopes

Funds: Supported by National Natural Science Foundation of China (No.11803089, No. 11873091, No.11673064)
More Information
    Corresponding author: xu_fangyu@ynao.ac.cn
  • 摘要: 对于大口径地基开放式太阳望远镜,热光阑温升将导致其像质劣化。尤其是,热光阑通光孔紧挨成像光束,其与环境的温度差对像质影响很大。这是中国巨型太阳望远镜(Chinese Giant Solar Telescope, CGST)计划面临的诸多问题之一。解决热光阑温控问题的具体方法是设计整体冷却效率高且在关键位置得到进一步强化的热光阑结构,以达到温控均匀的目的。本文提出倒锥导流式热光阑设计方案,该方案有利于降低通光孔位置温度,使温度极高点离开通光孔。对流换热系数和光阑温度场仿真结果证明此方案明显优于目前常用的方法。倒锥导流式热光阑的极限温升为3 ℃,优于GREGO的极限温升(7 ℃);实测温度场与仿真温度场进行对照,结果在误差范围内。结果证明导流式倒锥结构具有较好的温控效果。

     

  • 图 1  ICDT热光阑结构

    Figure 1.  Structure of ICDT heat-stop

    图 2  GREGO热光阑模型图

    Figure 2.  GREGO heat-stop model

    图 3  ICDT热光阑(a)和GREGO热光阑(b)计算机仿真的冷却液流场

    Figure 3.  Simulated coolant flow fields of (a) ICDT heat-stop and (b) GREGO heat-stop

    图 4  ICDT热光阑(a)和GREGO热光阑(b)计算机仿真的固液耦合面对流换热系数分布图

    Figure 4.  Simulated heat transfer coefficient distributions in solid-liquid coupling surface of ICDT heat-stop (a) and GREGO heat-stop (b)

    图 5  ICDT热光阑粗糙表面(a)、ICDT光滑表面(b)和GREGO热光阑(c)的计算机仿真温度场分布图

    Figure 5.  Simulation results of temperature field distributions of ICDT heat-stop (coarse) (a) ICDT heat-stop (smooth) (b) and GREGO heat-stop (c)

    图 6  实验装置及其示意简图

    Figure 6.  Experimental device and it′s schematic diagram for temperature measurement

    图 7  温度场仿真与实测结果

    Figure 7.  Simulation and measured results of temperature field

    表  1  模型求解参数设置

    Table  1.   Solution parameter setting for the model

    设置类型参数
    入口边界20 ℃冷却水,流量15 L/min
    外表面边界20 ℃空气、15 W·m−2k−1对流
    热流105 W、直径2 cm光斑
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    表  2  拟合结果

    Table  2.   Fitting results

    拟合参数结果
    ΔT0/℃17.6(17.14,18.02)
    τ/s0.38(0.35,0.41)
    Ta/℃24.6(24.2,24.99)
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    表  3  实测温升和数值模拟温升结果

    Table  3.   Measured and numerical simulation temperature rises

    流量L/min点1实测T/(℃)点1模拟T/(℃)点2实测T/(℃)点2模拟T/(℃)点3实测T/(℃)点3模拟T/(℃)
    0.1540.941.633.233.416.016.7
    0.4232.833.727.327.013.513.2
    0.6427.027.722.022.010.310.5
    0.8621.922.518.018.28.98.9
    1.12517.617.814.314.67.37.2
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-07-03
  • 修回日期:  2019-08-20
  • 刊出日期:  2020-06-01

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