Simulaciones fluidodinámicas del movimiento turbulento del aire., sobre un espejo cálido.

Como continuación del artículo anterior (espejo del telescopio de refrigeración) Reporto los resultados de algunas simulaciones de dinámica de fluidos realizadas en un volumen de control igual al contenido dentro de la caja principal.

Estas simulaciones se realizaron para intentar reproducir el movimiento del aire por encima del espejo primario de un telescopio newtoniano de tipo Dobsoniano., en diferentes condiciones, para identificar cuál de las tres soluciones investigadas, presenta el mejor rendimiento desde el punto de vista de la limpieza de la columna de aire sobre el espejo.  La solución que crea la menor turbulencia, es también lo que presumiblemente, asegurará menos perturbaciones en el frente de onda incidente, favoreciendo así una mejor visión a través del ocular de forma inmediata, o ya durante ese transitorio, que lleva gradualmente al espejo a entrar en equilibrio térmico con la temperatura ambiente.

En este periodo, como sabes, el primario es más cálido que el aire circundante, crea un movimiento convectivo ascendente turbulento, lo que perturba enormemente la imagen en el ocular. Para minimizar el tiempo de aclimatación del espejo., es habitual utilizar ventiladores que aumentan el intercambio de calor.
Como ya se mostró en el artículo anterior, las soluciones más utilizadas, básicamente se dividen en: ventiladores que soplan aire hacia el espejo y soluciones que intentan aspirar el aire desde arriba del espejo, luego descargándolo por una abertura en la parte inferior de la caja.

En este sentido, se han simulado 3 Diferentes situaciones: convección natural, con ventilador contra la cara trasera del espejo, y con succión de capa límite, ambos con el espejo apuntando al cenit y con el espejo inclinado a 45 °.

CONVECCIÓN NATURAL

Los videos a continuación se refieren a la simulación en convección natural., de un espejo de 420 mm de diámetro.
Al espejo se le asignó una temperatura suficientemente grande., 20° C más alto que el del aire ambiente, para resaltar los movimientos convectivos de una mejor manera.

 

VENTILADOR EN LA PARTE POSTERIOR DEL ESPEJO

En esta simulación, en una región cuadrada de 80x80 mm presente en la parte inferior de la caja principal, Se ha configurado un caudal igual al de un ventilador de PC del mismo tamaño., alimentado a 12V.
En particular, el ventilador utilizado en el telescopio real que tengo en mi poder, es el Artic AFACO-08000 la 52,7 m3 / h.

 

ASPIRACIÓN DE LA CAPA LÍMITE

Para utilizar este método, es necesario realizar algunos cambios en la caja que contiene el espejo primario. En particular, es necesario introducir una "caja" adicional alrededor del espejo., que obviamente debe tener una abertura circular para permitir que la luz llegue a la superficie reflectante, y correo 10/15 mm por encima de él, para dejar solo una abertura en el perímetro del espejo, dedicado al paso del aire (área donde se succionará el aire). Mientras que en la parte inferior de esta "caja" habrá una abertura, generalmente cuadrado, donde se colocará el ventilador que succionará el aire de arriba del espejo y lo expulsará por la parte inferior de la caja.

El siguiente video muestra el CAD 3D, de la solución que adopté y luego reproduje en las simulaciones.

A continuación se muestran los resultados de las simulaciones.:

 

CONCLUSIONES

Es importante notar cómo las diversas simulaciones son consistentes con lo que se muestra en las pruebas reales., publicado en el artículo anterior, ya que esta consistencia denota la bondad de los resultados obtenidos de las propias simulaciones.
En cuanto a las soluciones investigadas, También en este caso, la entrada de aire desde arriba del espejo, parece mostrar una mayor limpieza de la columna de aire arriba, presumiblemente asegurando una mejor visión de inmediato.
Por tanto, es interesante, Experimente realmente las tres soluciones investigadas hasta ahora, comprender el verdadero potencial de los distintos métodos.
Así que para el próximo artículo, puede ser interesante poder disparar una estrella, apropiadamente desenfocado, para que puedas ver los anillos de difracción primero, y evaluar el movimiento causado por la turbulencia del aire tanto en convección natural, ambos con la aspiración de la capa límite.

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