شبیه سازی لنز پتزوال (Petzval Lens) کامسول

شبیه سازی لنز پتزوال (Petzval Lens) کامسول سیستم‌های نوری مدرن اغلب برای کار در محیط‌های سخت، از جمله ارتفاعات بالا، فضا، زیر آب و در تاسیسات لیزری مورد نیاز هستند. چنین سیستم های نوری تحت بارهای ساختاری و دماهای شدید قرار می گیرند. دقیق ترین راه برای ثبت کامل این اثرات محیطی از طریق شبیه سازی عددی از طریق تجزیه و تحلیل عملکرد ساختاری- حرارتی- نوری (STOP) است. تجزیه و تحلیل STOP یک مسئله اساسی چندفیزیکی است. در این پست وبلاگ نحوه ترکیب اثرات ساختاری، حرارتی و نوری با استفاده از نرم افزار را نشان می دهیم.

آموزش کامسول نمونه سیستم لنز پتزوال

در این مثال، ما یک سیستم لنز پتزوال را در داخل یک محفظه ترموواکیوم در نظر می گیریم. دیواره‌های محفظه خلاء در دمای بسیار سرد نگهداری می‌شوند (شاید برای تقلید از اثرات فضای بیرونی)، در حالی که سیستم عدسی به اتاق مجاور در دمای بسیار بالاتر نگاه می‌کند (احتمالاً شبیه‌سازی یک آزمایش آزمایشگاهی). یک نمای انفجاری از هندسه مدل در زیر نشان داده شده است.
سیستم لنز پتزوال، بشکه و پوشش حرارتی محصور. نور فرود از طریق بیرونی ترین پنجره محفظه خلاء (1) و سپس از طریق یک پنجره حرارتی اضافی (2) در داخل محفظه قبل از رسیدن به سیستم عدسی پتزوال وارد سیستم می شود. سیستم لنز خود از دو گروه عدسی (3 و 4) و یک لنز صاف کننده میدان (5) تشکیل شده است. نور بر روی صفحه کانونی متمرکز می شود (6). سیستم لنز توسط یک بشکه (7) پشتیبانی می شود که به طور کامل در داخل پوشش حرارتی (8) محصور شده است.

محیط اطراف در طرف دیگر پنجره خلاء بیرونی 25 درجه سانتیگراد ملایم است، در حالی که دیواره های پوشش حرارتی در دمای 50- درجه سانتیگراد تند حفظ می شوند. این دمای ثابت ممکن است، برای مثال، با عبور مایع سرد از طریق کفن حفظ شود، اگرچه ما این مکانیسم را به طور دقیق بررسی نمی کنیم و به سادگی دیوارها را به عنوان یک شرایط مرزی دمای ثابت در نظر می گیریم. تابش حرارتی ورودی از محیط گرم محیط، یک گرادیان دما در سیستم لنز و بشکه ایجاد می کند. به طور مستقیم، ممکن است انتظار داشته باشیم که پنجره خلاء گرمتر از پنجره حرارتی باشد، که گرمتر از گروه لنز 1 و غیره است، اما اطلاعات کمی بیشتر مورد نیاز است. قبل از اینکه درباره راه اندازی این مدل با جزئیات بیشتری صحبت کنیم، اجازه دهید پدیده های فیزیکی مختلفی را که در داخل محفظه ترموواکیوم کار می کنند، در نظر بگیریم.

فیزیک ضروری یک تجزیه و تحلیل STOP

یک مدل STOP شامل یک جفت بین موارد زیر است:

آموزش کامسول محاسبه دما، با استفاده از رابط انتقال حرارت در جامدات یا رابط انتقال حرارت دیگر

آموزش کامسول مدل‌سازی تغییر شکل ساختاری، با استفاده از رابط مکانیک جامد یا رابط فیزیک ساختاری دیگر

آموزش کامسول ردیابی پرتو، با استفاده از رابط اپتیک هندسی

مکانیسم‌هایی که این سه شاخه از فیزیک را با هم پیوند می‌دهند در فلوچارت زیر خلاصه شده‌اند. دما تحت تأثیر منابع گرما و غرق‌ها، مانند گرمایش ژول یا واکنش‌های شیمیایی، و شرایط مرزی، مانند تبادل حرارتی همرفتی یا تابشی با محیط اطراف است.

یک مورد خاص که قابل ذکر است، جفت شدن دو طرفه (دو طرفه) بین اپتیک پرتو و انتقال حرارت است. این زمانی به وجود می آید که یک منبع قدرتمند (مثلاً از یک لیزر یا متمرکز کننده خورشیدی) در حوزه مدل سازی دچار میرایی شود و یک منبع گرمای اضافی تولید کند. مثال مورد بحث در این پست وبلاگ یک جهته است: پرتوها به اندازه کافی قدرتمند نیستند که از طریق تضعیف یک منبع گرما قابل توجه تولید کنند. دما بر انتشار پرتو از طریق پراکندگی حرارتی نوری تأثیر می گذارد که در آن ضریب شکست تابعی از دما است. دما همچنین به طور غیرمستقیم بر مسیرهای پرتو تأثیر می گذارد زیرا تنش حرارتی می تواند باعث تغییر شکل مرزی شود، همانطور که در بخش بعدی بحث شد.

آموزش کامسول مدلسازی ساختاری

معمولاً آنالیز STOP نیاز به محاسبه میدان جابجایی سازه دارد. سپس پرتوها می‌توانند با هندسه تغییر شکل‌یافته تعامل داشته باشند، که شبیه سازی لنز پتزوال (Petzval Lens) کامسول ممکن است باعث انعکاس یا شکست آن‌ها در جهات متفاوتی نسبت به هندسه تغییر شکل‌نشده اصلی شود.

جابجایی ساختاری نتیجه تمام نیروهایی است که به هندسه مدل اعمال می شود، که در این مورد شامل سیستم عدسی و لوله ای است که آن را در جای خود نگه می دارد. هندسه همچنین ممکن است به دلیل تنش حرارتی تغییر شکل دهد، زیرا تغییرات دما باعث انبساط یا انقباض آن می شود.

مدل های پراکندگی نوری

رابط اپتیک هندسی برای ردیابی پرتوها به هنگام انعکاس و شکست در مرزها استفاده می شود. ضریب شکست هر ماده می تواند تابعی از طول موج و دما باشد. اگر سیستم عدسی تغییر شکل داده باشد، اشعه‌ها با هندسه تغییر شکل‌یافته تعامل دارند. به این ترتیب مسیرهای پرتو تحت تأثیر پدیده های حرارتی و ساختاری قرار می گیرند.

شبیه سازی تبدیل فاز با کامسول comsol

گره Medium Properties برای رابط Geometrical Optics می تواند برای انتخاب یک مدل پراکندگی نوری، مجموعه ای از معادلات و ضرایب که ضریب شکست را به عنوان تابعی از طول موج خلاء (و احتمالاً دما) تعریف می کند، استفاده شود.