دانلود پایان نامه

نظر گرفتن دو لایه نازک در بالا پوشش S23 بدست آمده است. در این پوشش با اضافه شدن دو لایه نازک به سطح بالایی S16، توان خنککاری ۶% افزایش پیدا کرده است.
با در نظر گرفتن دو لایه نازک در پایین پوشش S24 بدست آمده است. در این پوشش، با اضافه شدن دو لایه نازک به سطح پایینی S16، توان خنککاری ۶% افزایش پیدا کرده است. ضمن اینکه S24 تقریبا وارونه S23 است.
با در نظر گرفتن دو لایه نازک در دوطرف پوشش S25 بدست آمده است. توان خنککاری این پوشش به طور چشمگیری از پوششهای قبلی بالاتر است. ضمن اینکه این پوشش اولین پوشش بهینهای است که در آن لایهای از جنس GaAs قرار دارد. سایر موارد قبلی همگی از پلیاتیلن، CaF2 و ZnS تشکیل شده بودند.

شکل ‏۵-۴۱- نمودار بهترین مقدار و مقدار جاری CP در هر تکرار (الگوریتم عملیات حرارتی شبیهسازی شده) منجر به ساختار S25

شکل ‏۵-۴۲- خواص تشعشعی ساختار S25 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال

شکل ‏۵-۴۳- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S25 در محدوده مادون قرمز
با در نظر گرفتن سه لایه نازک در بالا پوشش S26 بدست آمده است. توان خنککاری این پوشش افزایشی نسبت به حالات قبلی با ۱ یا ۲ لایه نازک در بالا، نداشته است.
با در نظر گرفتن سه لایه نازک در پایین پوشش S27 بدست آمده است. توان خنککاری این پوشش نیز افزایشی اختلاف چندانی نسبت به ZnS بدون پوشش ندارد.
با در نظر گرفتن سه لایه در دو طرف توان خنککاری در تمامی موارد از -۱۲۵ W/m2 کمتر بدست آمد. همچنین با متغیر گرفتن تعداد لایهها پوشش جدیدی بدست نیامد.
به این ترتیب توان خنککاری در بهترین حالت (-۱۵۴ W/m2) نسبت به بهترین حالت معرفی شده در بخش ۵-۲-۱ (W/m2 -121) حدود ۲۰ درصد بزرگتر شده است. این پوشش T8-13 بسیار بالایی دارد و تا حد زیادی به پوشش ایدهآل برای خنککاری در شب نزدیک است.
در حالت پایا دمای پوشش اختلاف زیادی با دمای محیط نخواهد داشت. ولی با کاهش دمای منطقه خنککاری نسبت به محیط مجددا مانند حالت قبل یک گرادیان دمای نسبتا بزرگ بین پوشش و منطقه خنککاری ایجاد خواهد شد و به صورت یک عامل مزاحم از کاهش دمای بیشتر جلوگیری میکند. اختلاف دمای منطقه خنککاری و محیط در حالت پایا محاسبه شده و در جدول ۵-۱۱ ثبت شده است. همچنین ماکزیمم کاهش دما برای یک جسم سیاه بدون shield در این جدول آورده شده است. در بهترین حالت ۱۲۰% افزایش در افت دما نسبت به حالت بدون shield بدست میآید.
ضمن اینکه اکثر پوششهای معرفی شده از ترکیب ZnS ، CaF2 و پلیاتیلن بدست آمده است. استفاده از پلی اتیلن برای خنککاری تشعشعی قبلا مورد بررسی قرار گرفته است[۱۱،۲۳،۲۶،۲۸]. ولی پیش از این استفاده از ZnS و CaF2 بررسی نشده است.
جدول ‏۵-۱۱- حد اکثر اختلاف دمای منطقه خنککاری و محیط در شب با فرض ?=۱
پوشش
حد اکثر اختلاف دمای منطقهی خنککاری و محیط در شب (?C)
درصد تغییرات نسبت به حالت بدون پوشش
S16
۴/۲۳-
%۹۲
S17
۲۴-
%۹۷
S18
۲۵-
%۱۰۵
S19
۴/۲۴-
%۱۰۰
S20
۲/۲۴-
%۹۸
S21
۱/۲۵-
%۱۰۶
S22
۷/۲۳-
%۹۴
S23
۲۴-
%۹۷
S24
۶/۲۳-
%۹۳
S25
۹/۲۶-
%۱۲۰
S26
۲/۲۴-
%۹۸
S27
۹/۲۳-
%۹۶
جسم سیاه بدون پوشش
۲/۱۲-

ضمن اینکه با اضافه کردن لایه سوم بهبودی در پوششهای بهینه حاصل نشده و میتوان نتیجه گرفت که با استفاده از مواد بررسی شده در این بخش، پوششهای بهینه با اضافه کردن اضافه کردن یک یا دولایه نازک به یک یا دوطرف لایه ضخیم بدست میآیند و نیازی به استفاده از ۳ لایه پوشش یا بیشتر از آن نیست.
۵-۲-۳ خنککاری با استفاده از مواد با قابلیت انحلال در آب
با اضافه کردن KBr، LiF و NaF و بهینهسازی با در نظر گرفتن تعداد لایه متغیر، ساختار بهینه به صورت یک لایه KBr با ضخامت کمتر از ۵ میلیمتربدست میآید (شکل ۵-۴۹). توان خنککاری چنین پوششی حدود -۱۷۰ w/m2 بدست میآید، که به بیشترین توان خنککاری در دسترس (-۱۹۳ W/m2) بسیار نزدیک است. در جداول ۵-۱۲ (برای شار تشعشعی نرمال) و ۵-۱۳ (برای شار تشعشعی دیفیوز) خواص تشعشعی میانگین و توان خنککاری یک لایه تکی به ضخامت ?m 500 از این ۳ ماده آورده شده است.
جدول ‏۵-۱۲- توان خنککاری (برحسب W/m2) و خواص تشعشعی میانگین با فرض شار تشعشعی نرمال
پوشش
CP (?=1)
CP (?=0.7)
R8-13
T8-13
A8-13
KBr
۱۷۱-
۱۶۴-
۰۸/۰
۹۲/۰
۰
LiF
۸۹-
۳۷-
۰
۳/۰
۷/۰
NaF
۱۶۰-
۱۱۹-
۰۲/۰
۹۲/۰
۰۶/۰
جدول ‏۵-۱۳- توان خنککاری (برحسب W/m2) و خواص تشعشعی میانگین با فرض شار تشعشعی دیفیوز
پوشش
CP (?=1)
CP (?=0.7)
R8-13
T8-13
A8-13
KBr
۱۴۱-
۱۳۵-
۲۴/۰
۷۶/۰
۰
LiF
۷۱-
۳۲-
۱/۰
۲۲/۰
۶۸/۰
NaF
۱۴۱-
۱۰۸-
۱۱/۰
۸۱/۰
۰۸/۰

شکل ‏۵-۴۴- نمودار بهترین مقدار و مقدار متوسط CP در هر نسل (الگوریتم ژنتیک) منجر به یک لایهی KBr
همانطور که دیده میشود LiF پوشش چندان مناسبی نیست. توان خنککاری NaF در حدود پوششهای بهینه معرفی شده در بخش ۵-۲-۲ است. ولی توان خنککاری KBr از تمامی پوششهای معرفی شده در بخش های قبلی، به طور قابل ملاحظهای بالاتر است.
قبلا ضریب عبور و بازتاب محاسبه شدهی یک لایه KBr با ضخامت ۵ میلیمتر با مقادیر اندازه گیری شده در مرجع [۵۴] در شکل ۵-۴ مقایسه شد. KBr تا طول موج ۲۵ ?m تقریبا شفاف است. این ویژگی KBr از سالها قبل شناخته شده است و از آن به عنوان ماده مرجع در FTIR-Spectroscopy استفاده میشود[۵۷]. ضریب عبور KBr در محدوده پنجره اتمسفری ماکزیمم است، در صورتیکه در طول موجهای بالا تر از ۲۵ ?m ضریب عبور تقریبا صفر است. درنتیجه رفتار KBr تا حد بسیار زیادی به یک پوشش ایدهآل برای خنککاری در شب نزدیک است.
با توجه به انحلال بالای KBr امکان تماس مستقیم این پوشش با رطوبت جو وجود ندارد، بنابراین لازم است KBr جهت اجتناب از تماس مستقیم با رطوبت هوا از دو طرف پوشش داده شود. نمودار تغییرات توان خنککاری در جهت نرمال برحسب ضخامت پوشش پلی اتیلن و CaF2 بر روی یک لایهی KBr به ضخامت ۵۰۰ میکرومتر از دو طرف، در شکل ۵-۵۰ رسم شده است. با توجه به شکل با اضافه کردن ۲ لایه نازک با ضخامت ۳ ?m از پلی اتیلن به دو طرف KBr توان خنککاری در جهت نرمال تنها حدود ۱% افت میکند. همچنین با اضافه کردن ۲ لایه نازک با ضخامت ۱.۵?m از CaF2 به دو طرف، حتی توان خنککاری افزایش پیدا میکند. با در نظر گرفتن لایه نازک از سایر مواد نتایج مناسبی دیده نشد. بنابراین میتوان دو پوشش زیر را به عنوان مناسبترین پوشش جهت خنککاری در شب معرفی کرد.

شکل ‏۵-۴۵- نمودار تغییرات CP بر حسب ضخامت CaF2 و پلیاتیلن در دو طرف KBr
با تکرار همین روند برای NaF (شکل ۵-۵۱)، بهترین حالت با پوشش ۳ ?m از CaF2 بدست میآید. با استفاده از پلیاتیلن توان خنککاری به شدت کاهش مییابد.

‏۵-۴۶- نمودار تغییرات CP بر حسب ضخامت CaF2 و پلیاتیلن در دو طرف NaF
به این ترتیب سه پوشش جدید معرفی شده است:
S28:Polyethylene(3000 nm)//KBr(500 ?m)//Polyethylene(3000 nm)
S29:CaF2(1500 nm)//KBr(500 ?m)//CaF2(1500 nm)
S30:CaF2(3000 nm)//NaF(500 ?m)//CaF2(3000 nm)
نمودار خواص تشعشعی نرمال و نیمکروی این ۳ پوشش در اشکال ۵-۵۲ تا ۵-۵۷ آورده شده است.

شکل ‏۵-۴۷- خواص تشعشعی ساختار S28 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال

شکل ‏۵-۴۸- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S28 در محدوده مادون قرمز

شکل ‏۵-۴۹- خواص تشعشعی ساختار S29 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال

شکل ‏۵-۵۰- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S29 در محدوده مادون قرمز

شکل ‏۵-۵۱- خواص تشعشعی ساختار S30 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال

شکل ‏۵-۵۲- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S30 در محدوده مادون قرمز
در جداول ۵-۱۴ (برای شار تشعشعی نرمال) و ۵-۱۵ (برای شار تشعشعی دیفیوز) خواص تشعشعی میانگین و توان خنککاری این سه پوشش آورده شده است.
جدول ‏۵-۱۴- توان خنککاری (برحسب W/m2) و خواص تشعشعی میانگین با فرض شار تشعشعی نرمال
پوشش
CP (?=1)
CP (?=0.7)
R8-13
T8-13
A8-13
S28
۱۶۹-
۱۵۹-
۰۸/۰
۹۱/۰
۰۱/۰
S29
۱۷۵-
۱۶۳-
۰۲/۰
۹۷/۰
۰۱/۰
S30
۱۵۶-
۱۱۵-
۰۳/۰
۸۹/۰
۰۸/۰

جدول ‏۵-۱۵- توان خنککاری (برحسب W/m2) و خواص تشعشعی میانگین با فرض شار تشعشعی دیفیوز
پوشش
CP (?=1)
CP (?=0.7)
R8-13
T8-13
A8-13
S28
۱۴۰-
۱۳۱-
۲۴/۰
۷۵/۰
۰۱/۰
S29
۱۵۰-
۱۴۰-
۱۵/۰
۸۴/۰
۰۱/۰
S30
۱۳۲-
۹۹-
۱۵/۰
۷۵/۰
۱/۰
همانطور که از جداول ۵-۱۴ و ۵-۱۵ دیده میشود با استفاده از S29، T8-13 برای شار نرمال و دیفیوز نسبت به KBr بدون پوشش، به هم نزدیکتر شده اند. درنتیجه این پوشش میتواند در شرایط جغرافیایی و محیطی متنوعتری با حداکثر توان خنککاری عمل کند.
بیشترین کاهش دمای قابل دسترسی با استفاده از این سه پوشش در جدول ۵-۱۶ آورده شده است. همانطور که از جدول دیده میشود مینیمم دمای قابل دسترس ۲۷.۲ ?C کمتر از محیط است. یعنی ۱۲۳% افزایش در افت دما نسبت به حالت بدون پوشش. درنتیجه پوشش S29 تا حد بسیار زیادی به پوشش ایدهآل خنککاری در شب نزدیک است.
جدول ‏۵-۱۶- حد اکثر اختلاف دمای منطقه خنککاری و محیط در شب با فرض ?=۱
پوشش
حد اکثر اختلاف دمای منطقهی خنککاری و محیط در شب (?C)
درصد تغییرات نسبت به حالت بدون پوشش
S28
۲۶-
%۱۱۷
S29
۲/۲۷-
%۱۲۳
S30
۶/۲۵-
%۱۱۰
جسم سیاه بدون پوشش
۲/۱۲-

۵-۳ آینههای حرارتی
در این بخش مواد Ge، Te، PbTe، PbSe، Cubic-ZnS، SiO2 و BaTiO3 با ضرایب شکست و استهلاک موجود در بازههای مورد نیاز، در نظر گرفته شده اند. در بخش اول یک لایه ضخیم ۵ میلیمتری از SiO2 در نظر گرفته شده و سعی شده با اضافه کردن پوششهای لایهنازک به یک یا دو طرف آن پوشش مناسبی جهت کاربرد به عنوان آینه حرارتی معرفی شود. در بخش ۵-۳-۲، همین روند برای یک لایه ضخیم BaTiO3 تکرار شده است. بهینه سازی در هر مورد در ۷ مرحله انجام شده است. ابتدا اثر اضافه شدن یک لایه نازک مورد بررسی قرار گرفته است (خواص محاسبه شده میانگین خواص برای دو جهت بالا به پایین و پایین به بالا است). در ادامه اثر یک لایه نازک در دوطرف مورد بررسی قرار گرفته و همین روند برای ۲ و ۳ لایه در یک یا دوطرف تکرار شده است. در انتها تعداد لایهها متغیر در نظر گرفته شده و پس از اتمام این ۷ مرحله و حذف جوابهای تکراری، سایر نتایج ذکر شده است. برای هر یک از پوششهای بهینه در صورتیکه پوشش به کمک الگوریتم ژنتیک بدست آمده باشد، نمودار بهترین مقدار و مقدار متوسط تابع هدف بر حسب جمعیت و در صورتیکه پوشش به کمک روش عملیات حرارتی شبیهسازی شده

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید