MirrorCooling: un nouveau logiciel qui calcule le refroidissement du miroir primaire

[Houdini 0]

J'ai récemment crée un logiciel qui peut aider à évaluer le comportement thermique d'un miroir primaire.
Une copie d'écran:

Le logiciel simule l'évolution de la température du miroir en fonction de sa température initiale, la température de l'air et les conditions de transfert de chaleur sur le front et le dos du miroir.

Voici un lien pour charger MirrorCooling.zip. L'archive contient un seul exécutable MirrorCooling.exe.

L'application utilise les paramètres suivants:
- Epaisseur du miroir
- Temp. initiale du miroir
- Temp. initiale de l'air
- Temp. finale de l'air
- Coefficients de transfert de chaleur sur le front et le dos du miroir
- Coefficients de radiation (0.04 pour l'aluminure)
- Durée de la simulation et pas de temps

Dans le panneau central on peut définir les propriétés pour le transfert de chaleur. Malheureusement il est difficile d'estimer les valeurs avec une incertitude de moins de 50%.
Pour la convection naturelle (sans ventilateurs) le coefficient est de l'ordre de 5 à 15 W/m²K. Cela dépend de la géométrie du tube ou de la caisse primaire, du barillet, de la position du télescope, de la présence d'un peu de vent... Une valeur normale est entre 8 et 10 W/m²K.
Pour le refroidissement avec ventilateurs les coefficients se trouvent entre 25 et 100 W/m²K. De nouveau impossible d'être plus précis, cela dépend du nombre et de la puissance des ventilateurs, de leur position et de la géométrie du télescope etc.

Les graphiques sont proches de ce qu'on peut trouver comme données expérimentales dans la littérature. On peut voir la lenteur impressionnante du refroidissement d'un miroir de 50 mm d'épaisseur sans ventilation forcée. Pour des miroirs minces on peut voir comment la température descend en-dessous de la température ambiante à cause de l'effet de radiation.

A vous de jouer...

Robert

[Ce message a été modifié par Houdini (Édité le 14-02-2008).]

[JM la galette 0]

Merci Robert!

Encore un outil de référence qui fera date. Les questions et autres remarques ne manqueront sûrement pas.
Dès que j'ai un peu de temps je m'en vais l'essayer.

JMarc

[maire 256]

La nature et la qualité du verre est prise en compte?

[Houdini 0]

Actuellement j'utilisé les propriétés de Pyrex: densité 2230 kg/m3, capacité 726 J/kgK, conductivité 1.13 W/mK.
Je prévois un choix de verre plus large dans la version suivante: verre ordinaire, BK7, Zerodur, quartz.

Robert

[Houdini 0]

Voilà, je viens de mettre en ligne une version dans laquelle on peut choisir le verre.

Robert

[astropapet95 0]

Salut houdini,
je viens de tester ton logiciel en le comparant avec des mesures réalisées avec et sans ventilation (mesure de la temperature de surface sur face aluminée ):
j'arrive effectivement à une tres bonne correlation des courbes de descente en temperature en prenant les parametres suivants :
newton SW 200/1000
miroir ep: 35mm, plate glass, temp initiale : 19°c,
temp air initial /final: 7°C
1) sans ventilation , avec obturateur tole en place sur fond miroir:
la correl est bonne en prenant "front coef /back coef =5W/m2K
(temperature "front miroir " : 14°c apres 45min
2)avec ventil energique sur fond miroir(obtur enlevé!!):
la correl est bonne en prenant
"front coef : 30W/m2k /back coef :90W/m2K
(temperature "front miror " : 8°c apres 40 min
Voila , c'etait juste pour te féliciter pour ton boulot !!
et souligner , une fois de plus , l'interet qu'il y a
au moins d'ouvrir le fond du scope , et au mieux , de ventiler à fond !!
le résultat est spectaculaire : je pense que l'on incrimine trop souvent la turbu atmospherique , alors qu'il faudrait se préopccuper davantage de mettre réellement son miroir en bon équilibre thermique avec l'extérieur!!
cordialement/claude

[Ce message a été modifié par astropapet95 (Édité le 14-02-2008).]

[jmr 122]

Houdini, est-ce qu'il prend en compte la forme spécial des miroirs de SCT ?

[Houdini 0]

> Claude,
Intéressant, cette comparaison aux mesures ! Les valeurs de 5-5 W/m²K et 30-90 W/m²K se trouvent parfaitement dans la plage attendue, c'est rassurant .

> JMR
Non, le logiciel fait un calcul relativement simple en une seule dimension (l'épaisseur). Si le miroir n'est pas cylindrique il faut choisir une épaisseur "moyenne" ou "équivalente". Dans un ensemble compact et fermé comme un SCT il ne sera pas simple d'estimer les coefficients de transfert de chaleur sans faire de mesure.

Robert

[Lastronome 0]

Merci pour ce logiciel.
J'ai essayé de le lancer mais, il me dit que le Front Radiation n'a pas une valeur correcte (j'ai laissé 0.04).
Que faut-il mettre ?
D'ailleurs, pourrais-tu expliquer à quoi correspondent les 4 valeurs du cadre central ?
Merci à toi.

[zirkel 2 1 735]

Même problème! résolu pour l'instant en indiquant 0,04...

Une explication plus détaillée, en français, des diverses fonctions serait la bienvenue aussi.

En tout cas bravo!

[Houdini 0]

D'accord, "0.04" n'est pas une bonne valeur si vous utilisez la virgule . Je viens de corriger ce défaut - vous pouvez charger une mise à jour avec le lien d'origine.

Quelques explications sur le cadre central qui contient des valeurs qui conditionnent tout le calcul.
- Front Film Coefficient: le coefficient de transfert de chaleur entre verre et air sur la surface optique. Typiquement 5 à 15 sans ventilateur, 25 à 100 avec ventilateurs.
- Back Film Coefficient: idem pour le dos du miroir.
- Front Radiation: l'émissivité de la surface optique pour la radiation dans l'espace - typiquement 0.04 pour l'aluminure - si le miroir est bien exposé au ciel (dans un tube c'est différent)
- Back Radiation: normalement zéro - le dos du miroir n'est pas exposé au ciel

Tous ces coefficients sont incertains et cela explique pourquoi il n'y a pas de réponse très précise à la question combien de temps il faut laisser refroidir le miroir avant d'obtenir des images parfaites.

Robert

[JM la galette 0]

Avec le coef de dialtation thermique des différents verres, on n'est plus très loin de connaître la vaiation de focale maxi et donc de la MAP au cours d'une nuit...ça peut rassurer ou se faire une idée de ce qu'il est nécessaire d'atteindre en fonction de son F/D.

[Ce message a été modifié par JM la galette (Édité le 15-02-2008).]

[rguinamard 38]

Super outil Robert !
Dire que je suis en train (enfin depuis 2 mois quand même : j'avance pas vite!) d'installer des sondes de températures étallonées pour mesurer -une fois le miroir mis en température- l'écart de température entre la face avant et la face arrière du primaire afin de savoir si l'abberation de sphéricité que j'observe ne vient pas de là...
Et toi tu me sers le résultat sur un plateau...(environ 0.2°C d'écart une fois le miroir stabilisé)
Merci !
Autre chose que je viens de constater avec ton outil et auquel j'avais pas pensé jusqu'alors: avec mon 600 f/d3.3, mon épaisseur est très différente au centre et au bord (respectivement 27 et 40mm) => j'ai constaté sur ton logiciel que le temps de mise en température est en fait très différent entre le centre et le bord: par ex 4000s pour le centre contre 6000 s pour le bord avec des ventilos créant des coef locaux d'achange de 20 W/M²/°C/s.
J'ai du coup aussi un gradient de température radial pendant la mise en température. Je veux dire que dans le cas de la simul que j'ai faite, au bout de 4000 s, le centre a atteint sa température d'équilibre (10° par ex) alors que le bord est encore à 10.8° et n'atteindra 10° qu'au bout de 6000s...
Ca doit pas être bien bon non plus pour l'aberration de sphéricité ce gradient radial pendant la mise en température...
En tous cas bien interessant tout cela !
Raphaël

[zirkel 2 1 735]

Bonjour Robert,

Serait il possible d'avoir les petites bulles d'info en français?
Je pense là à ceux dont la langue de Shakespeare n'est pas familière.

Merci.

[Lastronome 0]

Merci Robert pour ces mises à jour.
Il me semblait que la durée nécessaire pour refroidir un miroir était directement liée à sa masse ... Dans ce cas, pourquoi ne pas proposer d'entrer le diamètre du miroir en paramètre ? Il ne doit pas y avoir que l'épaisseur qui compte ?

[Lastronome 0]

Euh, et sinon, c'est quoi "Mirror Elements" ?

[Lastronome 0]

Ah ça y est j'ai trouvé. "Mirror elements" est le nombre de "briques élémentaires" constituant le miroir. Plus le nombre est élevé, plus la courbe sera lissée. Mais ça ne sert pas à grand-chose de mettre plus de 100.

Sinon, dans les évolutions possible, il y la possibilité de sélectionner un miroir en Suprax et la graduation en minutes de l'axe des abscisses.

[Houdini 0]

Quelques réponses.

> Raphaël,
En réalité il y également un transfert de chaleur radial entre la zone extérieure et la zone intérieure moins épaisse. Le verre est un relativement bon conducteur donc au bout d'une heure le gradient radial sera vraiment très faible dans un miroir de 600 mm.
L'approche la plus raisonnable est d'utiliser l'épaisseur moyenne pour le calcul simplifié en une dimension.

> Zirkel2,
Les infobulles reprennent exactement la même information que les messages ci-dessus.

> Lastronome,
L'échange de chaleur est proportionnel à la surface, la masse également. En final, si on néglige les effets de bord, il n'y a que l'épaisseur et les propriétés du verre qui jouent.
"Mirror Elements" est le nombre d'éléments finis utilisés dans le calcul. On les reconnaît dans le graphique supérieur - essaie avec 5 pour voir la différence. Une valeur conseillée entre 20 et 100.

Robert

[Houdini 0]

Lastronome, OK tu as trouvé pour les Mirror Elements.

Je veux bien rajouter Suprax, mais je ne trouve pas ses propriétés thermiques (conductivité et capacité).

Robert

[a s p 0 6 855]

pour le suprax il y a une donnée ici :
http://www.oldham-optical.co.uk/Glass.htm

(le tableau en milieu de page)

[a s p 0 6 855]

les chaleurs specifiques sont toutes un peu les memes, en choisissant une valeur moyenne tu ne seras pas loin de la vérité.

[zirkel 2 1 735]

quote:

---

> Zirkel2,
Les infobulles reprennent exactement la même information que les messages ci-dessus.

---

Oui Robert, mais ce serait tout de même plus pratique de l'avoir directement sur le logiciel sans avoir à venir traduire sur le forum
en cas d'utilisation depuis un endroit sans accés internet par exemple...

[Houdini 0]

« les chaleurs specifiques sont toutes un peu les memes, en choisissant une valeur moyenne tu ne seras pas loin de la vérité. »

Alors en choisissant du Pyrex au lieu de Suprax on ne sera pas loin de la réalité.
Il n'est pas très utile de rajouter un verre si on ne connaît pas vraiement ses propriétés.

Robert

[a s p 0 6 855]

- mauvaise pioche -

[Ce message a été modifié par asp06 (Édité le 16-02-2008).]

[Houdini 0]

J'ai rassemblé toute l'information sur une page web au sujet du Mirror Cooling Calculator.

En plus d'une nouvelle version du logiciel dans lequel j'ai rajouté un indicateur coloré de la température du miroir (rouge = mauvais, vert = OK), il y a également des exemples et des liens utiles vers quelques articles intéressants sur la gestion thermique de télescopes newtoniens. Désolé, toujours en anglais...

Des copies d'écran de la nouvelle version:

Cordialement,
Robert

[Ce message a été modifié par Houdini (Édité le 17-02-2008).]