دانلود پایان نامه

عملیات حرارتی شبیهسازی شده) منجر به ساختار S13

شکل ‏۵-۲۱- خواص تشعشعی ساختار S13 در محدوده تشعشع خورشید، در جهت نرمال

شکل ‏۵-۲۲- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S13 در محدوده تشعشع خورشید

شکل ‏۵-۲۳- خواص تشعشعی ساختار S13 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال

شکل ‏۵-۲۴- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S13 در محدوده مادون قرمز

شکل ‏۵-۲۵- نمودار بهترین مقدار و مقدار متوسط CP در هر نسل (الگوریتم ژنتیک) منجر به ساختار S14

شکل ‏۵-۲۶- خواص تشعشعی ساختار S14 در محدوده تشعشع خورشید، در جهت نرمال

شکل ‏۵-۲۷- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S14 در محدوده تشعشع خورشید

شکل ‏۵-۲۸- خواص تشعشعی ساختار S14 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال

شکل ‏۵-۲۹- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S14 در محدوده مادون قرمز
با متغیر گرفتن تعداد لایهها و پس از حذف نتایج تکراری پوشش S15 بدست آمده است.

شکل ‏۵-۳۰- نمودار بهترین مقدار و مقدار متوسط CP در هر نسل (الگوریتم ژنتیک) منجر به ساختار S15

شکل ‏۵-۳۱- خواص تشعشعی ساختار S15 در محدوده تشعشع خورشید، در جهت نرمال

شکل ‏۵-۳۲- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S15 در محدوده تشعشع خورشید

شکل ‏۵-۳۳- خواص تشعشعی ساختار S15 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال

شکل ‏۵-۳۴- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S15 در محدوده مادون قرمز
در اکثر این پوششها، به علت بزرگ بودن Asol، اختلاف دمای پوشش و منطقهی خنککاری در طول روز زیاد است. درنتیجه با وجود گرادیان دمای بالا، بر اثر جابهجایی آزاد یک شار حرارتی قابل ملاحظه به منطقه خنککاری تحمیل میشود و در عمل خنککاری ممکن نخواهد بود.
با حل همزمان معادلات ۴-۵ و ۴-۷ در حالت پایا (CP=0)، میتوان حداکثر اختلاف دمای منطقه خنککاری و محیط را محاسبه کرد. حداکثر اختلاف دمای منطقه خنککاری و محیط (Tz-Tamb) برای هر پوشش در طول شب و حوالی ظهر محاسبه شده و در جدول ۵-۶ آورده شده است. همچنین این مقادیر برای یک جسم سیاه که بدون پوشش در محیط قرار گرفته، محاسبه شده است.
کاهش دمای جزئی نسبت به محیط، تنها در ۳ پوشش S13 ، S14 و S18 دیده میشود. ولی با مقایسه نتایج با حالت بدون پوشش دیده میشود که، با استفاده از یک پوشش مناسب، میتوان از افزایش شدید دما تحت تابش مستقیم خورشید (پدیدهای که در اتومبیلهای پارک شده در آفتاب به وضوح دیده میشود) تا حد زیادی جلوگیری کرد.
با مقایسهی جداول ۵-۲ و ۵-۶ دیده میشود که حتی مقادیر بسیار کوچک Tsol (مانند S1) میتواند منجر به افزایش دمای نسبتا زیادی شود. همچنین Asol اهمیت زیادی دارد. به طور مثال با اینکه T8-13 در S10 با S11 ، S12 و S15 قابل مقایسه است، به علت بزرگ بودن Asol، کاهش دما نسبت به محیط در محاسبات ملاحظه نشده است.

جدول ‏۵-۶- حد اکثر اختلاف دمای منطقه خنککاری و محیط در روز و شب با فرض ?=۱
پوشش
حد اکثر اختلاف دمای منطقه خنککاری و محیط در روز و تحت تابش مستقیم خورشید (?C)
درصد تغییرات نسبت به حالت بدون پوشش
حد اکثر اختلاف دما منطقهی خنککاری و محیط در شب (?C)
درصد تغییرات نسبت به حالت بدون پوشش
S1
۷/۹
%۷۸-
۷/۱۹-
%۶۱
S2
۵/۵
%۸۷-
۳/۱۶-
%۳۴
S3
۸/۳
%۹۱-
۴/۱۹-
%۵۹
S4
۵/۴
%۹۰-
۶/۲۰-
%۶۹
S5
۷
%۸۴-
۹/۲۳-
%۹۶
S6
۱
%۹۸-
۴/۱۹-
%۵۹
S7
۴/۵
%۸۸-
۱/۲۲-
%۸۱
S8
۵/۴
%۹۰-
۶/۲۰-
%۶۹
S9
۱/۱
%۹۷-
۸/۲۲-
%۸۷
S10
۷/۴
%۸۹-
۲۵-
%۱۰۵
S11
۳/۳-
%۱۰۸-
۶/۲۳-
%۹۳
S12
۸/۲-
%۱۰۶-
۲۴-
%۹۷
S13
۹/۱
%۹۶-
۹/۲۲-
%۸۸
S14
۸/۰
%۹۸-
۸/۲۲-
%۸۷
S15
۷/۱-
%۱۰۴-
۲۴-
%۹۷
جسم سیاه بدون پوشش
۹/۴۳

۲/۱۲-

بیشترین توان خنککاری در روز -۸۵ W/m2 بدست آمده است. با توجه به این که شار تشعشعی خورشید در حدود ۱۰۰۰ W/m2 است، در صورتیکه Tsol از ۰.۱ بزرگتر باشد، خنککاری در طول روز غیر ممکن خواهد بود. بنابراین تعداد زیادی از پوششهایی که در فصل ۲ معرفی شدند، برای خنککاری در طول روز مناسب نیستند. به عنوان مثال پوششهای معرفی شده توسط دابسون و همکاران[۲۸] همگی Tsol یا Asol بالایی دارند، پوششهای معرفی شده توسط بن لتار و همکاران[۲۹ و ۳۰] همگی Tsol بسیار بالایی دارند و پوشش معرفی شده توسط مهیب و همکاران [۳۱] T8-13 پایین و Asol بالایی دارد. همچنین محاسبات نشان میدهد که خنککاری در طول روز تنها با ترکیبی از Tsol نزدیک به صفر، T8-13 بزرگ و Asol کوچک امکانپذیر است، که چنین چیزی تقریبا در هیچ کدام از پوششهایی که در جداول ۲-۲ تا ۲-۵ معرفی شده است، دیده نمیشود. بنابراین اکثر پوششهای معرفی شده در پروژهی حاضر میتوانند عملکرد بهتری نسبت به پوششهای قبلی داشته باشند.
همچنین با استفاده از این پوششها در شب میتوان کاهش دما را تا حدود ۲ برابر افزایش داد. پوششها مناسبتری برای خنککاری در شب در بخش ۵-۲-۲ و ۵-۲-۳ معرفی خواهد شد.
۵-۲-۲ خنککاری در شب
برای خنککاری در شب باید ضرایب شکست و استهلاک در بازه ۴ تا ۸۵ میکرومتر مشخص باشد. درنتیجه Ge، Te، PbTe، PbSe، Cubic-ZnS، CaF2، Al2O3، BaTiO3، BeO، SrTiO3، GaAs، Si و پلیاتیلن در نظر گرفته شده اند.
پوششهای بهینه بدست آمده برای خنککاری در شب در جدول ۵-۷ لیست شده است.
جدول ‏۵-۷- پوششهای بهینه خنککاری در شب
پوشش
ساختار
S16
//Cubic-ZnS(500 ?m)//
S17
CaF2(2630 nm)//Cubic-ZnS(860 ?m)//
S18
Polyethylene(1610 nm)//Cubic-ZnS(580 ?m)//
S19
//Cubic-ZnS(500 ?m)//CaF2(7780 nm)
S20
//Cubic-ZnS(500 ?m)//Polyethylene(5210 nm)
S21
Polyethylene(14000 nm)//Cubic-ZnS(500 ?m)//CaF2(7470 nm)
S22
CaF2(16210 nm)//Cubic-ZnS(500 ?m)//CaF2(710 nm)
S23
CaF2(100 nm)/Polyethylene(6870 nm)//Cubic-ZnS(500 ?m)//
S24
//Cubic-ZnS(500 ?m)//Polyethylene(6800 nm)/CaF2(100 nm)
S25
Polyethylene(920 nm)/Cubic-ZnS(800 nm)//GaAs(928 ?m)//
Cubic-ZnS(1100 nm)/CaF2(11260 nm)
S26
Cubic-ZnS(1060 nm)/Ge(10070 nm)/Si(4150 nm)//Cubic-ZnS(500 ?m)//
S27
//Cubic-ZnS(500 ?m)//CaF2(300 nm)/Al2O3(100 nm)/CaF2(300 nm)

ضرایب R8-13، T8-13، A8-13 در جهت نرمال در جدول ۵-۸ آورده شده است. خواص نیمکروی هم در جدول ۵-۹ ذکر شده است. توان خنککاری پوششهای بهینه با فرض و برای شار تشعشعی نرمال و دیفیوز در جدول ۵-۱۰ آورده شده است.

جدول ‏۵-۸- خواص تشعشعی پوششهای بهینه خنککاری در شب در جهت نرمال
پوشش
A8-13
T8-13
R8-13
S16
۰۲/۰
۷۳/۰
۲۵/۰
S17
۰۴/۰
۷۷/۰
۱۹/۰
S18
۰۲/۰
۸۳/۰
۱۵/۰
S19
۰۶/۰
۷۶/۰
۱۸/۰
S20
۰۳/۰
۸/۰
۱۷/۰
S21
۰۶/۰
۸۱/۰
۱۳/۰
S22
۰۷/۰
۷۵/۰
۱۸/۰
S23
۰۲/۰
۷۸/۰
۲/۰
S24
۰۳/۰
۷۸/۰
۱۹/۰
S25
۰۵/۰
۹۱/۰
۰۴/۰
S26
۰۲/۰
۷۸/۰
۲/۰
S27
۰۲/۰
۷۵/۰
۲۳/۰

جدول ‏۵-۹- خواص نیمکروی تشعشعی پوششهای بهینه خنککاری در شب
پوشش
A8-13
T8-13
R8-13
S16
۰۲/۰
۵۴/۰
۴۴/۰
S17
۰۲/۰
۶۵/۰
۳۳/۰
S18
۰۴/۰
۶۳/۰
۳۳/۰
S19
۰۳/۰
۶۱/۰
۳۶/۰
S20
۰۶/۰
۵۹/۰
۳۵/۰
S21
۰۷/۰
۶۶/۰
۲۷/۰
S22
۰۷/۰
۵۹/۰
۳۴/۰
S23
۰۲/۰
۶۱/۰
۳۷/۰
S24
۰۳/۰
۶۱/۰
۳۶/۰
S25
۰۶/۰
۷۶/۰
۱۸/۰
S26
۰۲/۰
۵۹/۰
۳۹/۰
S27
۰۲/۰
۵۶/۰
۴۲/۰

جدول ‏۵-۱۰- توان خنککاری (برحسب W/m2) پوششهای بهینه خنککاری در شب برای شار نرمال و دیفیوز
پوشش
CPNormal (?=1)
CPNormal (?=0.7)
CPDiffuse (?=1)
CPDiffuse (?=0.7)
S16
۱۲۷-
۸۷-
۹۵-
۶۰-
S17
۱۳۳-
۸۷-
۱۰۸-
۶۹-
S18
۱۴۲-
۱۰۱-
۱۱۲-
۷۶-
S19
۱۳۲-
۱۰۰-
۱۰۲-
۷۶-
S20
۱۳۶-
۹۲-
۱۰۴-
۶۴-
S21
۱۳۸-
۱۰۵-
۱۱۳-
۸۵-
S22
۱۳۴-
۸۹-
۱۰۵-
۶۷-
S23
۱۳۴-
۹۳-
۱۰۵-
۷۰-
S24
۱۳۴-
۸۸-
۱۰۴-
۶۳-
S25
۱۵۷-
۱۳۱-
۱۳۰-
۱۰۸-
S26
۱۳۲-
۹۰-
۹۹-
۶۲-
S27
۱۳۰-
۹۳-
۹۷-
۶۸-
روش بهینهسازی مشابه حالت قبل بوده و برای هر یک از پوششهای بهینه در صورتیکه پوشش به کمک الگوریتم ژنتیک بدست آمده باشد، نمودار بهترین مقدار و مقدار متوسط CP در هر نسل و در صورتیکه پوشش به کمک روش عملیات حرارتی شبیهسازی شده بدست آمده باشد، نمودار بهترین مقدار و مقدار جاری CP در هر تکرار، رسم شده است. همچنین نمودار خواص تشعشعی پوشش در جهت نرمال در بازهی ۴-۸۵ ?m و نمودار خواص تشعشعی نیمکروی پوشش در بازه ۴-۸۵ ?m نیز رسم شده است. نمودارهای مربوط به ساختارهای S18 ، S21 و S25 در ادامه آمده است. سایر نمودار ها در پیوست ۲ آورده شده است.
با در نظر گرفتن یک لایه ضخیم پوشش S16 بدست آمده است. ماکزیمم ضریب عبور این پوشش در محدوده پنجرهی اتمسفری اتفاق افتاده و در سایر طول موجها ضریب عبور نزدیک به صفر است.
با در نظر گرفتن یک لایه نازک در بالا پوششهای S17 و S18 بدست آمده است. در S17 با اضافه شدن یک لایه نازک به S16 توان خنککاری ۵% افزایش پیدا کرده است. در مورد S18 در نتیجه با اضافه شدن یک لایه نازک پلیاتیلن به S16 توان خنککاری ۱۱% افزایش پیدا کرده است.

شکل ‏۵-۳۵- نمودار بهترین مقدار و مقدار جاری CP در هر تکرار (الگوریتم عملیات حرارتی شبیهسازی شده) منجر به ساختار S18

شکل ‏۵-۳۶- خواص تشعشعی ساختار S18 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال

شکل ‏۵-۳۷- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S18 در محدوده مادون قرمز
با در نظر گرفتن یک لایه نازک در پایین پوششهای S19 و S20 بدست آمده است. در S19 با اضافه شدن یک لایه نازک CaF2 به سطح پایینی S16 توان خنککاری ۴% افزایش پیدا کرده است. این پوشش وارونه S17 با ضخامتهای متفاوت است. در S20 با اضافه شدن یک لایه نازک پلیاتیلن به سطح پایینی S16 توان خنککاری ۷% افزایش پیدا کرده است. این پوشش وارونه S18 با ضخامتهای متفاوت است.
با در نظر گرفتن یک لایه نازک در دو طرف پوششهای S21 و S22 بدست آمده است. در S21 با اضافه شدن یک لایه نازک به دو طرف S16، توان خنککاری ۹% افزایش پیدا کرده است. در S22 با اضافه شدن یک لایه نازک CaF2 به دو طرف S16، توان خنککاری ۶% افزایش پیدا کرده است. به دلیل ضخامت نسبتا بالای CaF2 و پلی اتیلن، نوسانات طیفی در خواص تشعشعی، به خصوص در طول موجهای پایین در این دو ساختار دیده میشود.

شکل ‏۵-۳۸- نمودار بهترین مقدار و مقدار متوسط CP در هر نسل (الگوریتم ژنتیک) منجر به ساختار S21

شکل ‏۵-۳۹- خواص تشعشعی ساختار S21 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال

شکل ‏۵-۴۰- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S21 در محدوده مادون قرمز
با در

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید