Warum sind tiefere Falten besser für die Absorption?

Der NASA-Nachrichtenartikel NASA's New Shape-Shifting Radiator Inspired by Origami beschreibt eine Technik zur Temperaturregulierung von Raumfahrzeugen, bei der sowohl eine formverändernde Oberfläche als auch ein darauf aufgebrachtes Material zur Änderung des Emissionsgrads kombiniert werden.

Ich verstehe nicht, was hier wirklich passiert. Wie kann eine Form besser zum Kühlen (Strahlen in den Weltraum) und eine andere zum Erwärmen (vermutlich durch Sonnenlicht) besser sein? Möchten Sie nicht nur die maximale Fläche? Es scheint, je tiefer die Falten sind, desto kleiner ist die Gesamtfläche, die der Umgebung ausgesetzt ist.

Um es noch einmal zu wiederholen : Je tiefer die Falten, desto kleiner die Querschnittsfläche, da die Gesamtfläche festgelegt ist. Stimmt es wirklich, dass ein kleinerer Querschnitt mit tieferen Falten besser ist als ausgebreitet und eben?

Dieser neuartige Heizkörper steuert die Wärmeverlustrate durch Gestaltwandlungsmanöver. Die daraus resultierenden topografischen Veränderungen könnten mit temperaturempfindlichen Materialien wie Muskeldraht oder Formgedächtnislegierungen erreicht werden. Wenn temperaturempfindliche Materialien eine Temperaturänderung erfahren – verursacht durch die Elektronik des Raumfahrzeugs oder die Absorption von Wärme von der Erde oder der Sonne – könnte der Strahler automatisch seine Form ändern, um Wärme entweder abzuleiten oder zu speichern.

Je tiefer die Falten oder Hohlräume, desto größer die Absorption, erklärte Mulford und fügte hinzu, dass Wissenschaftler die Verwendung von Hohlräumen zur Beeinflussung des Wärmeverlusts seit fast 100 Jahren untersucht haben, aber niemand hat sich der Herausforderung auf diese Weise genähert. „Mit Origami können Sie die Tiefe dieser Hohlräume in Echtzeit ändern und dadurch den Wärmeverlust einer Oberfläche in Echtzeit ändern“, sagte er.

unten: „Der Brigham-Young-Assistenzprofessor Brian Iverson und der Doktorand Rydge Mulford haben sich mit dem NASA-Technologen Vivek Dwivedi zusammengetan, um das Design eines dreidimensionalen, faltbaren Heizkörpers voranzutreiben, der von der Kunst des Papierfaltens inspiriert ist. Iverson and Mulford experimentiert mit verschiedenen Formen, um herauszufinden, welche Konfiguration am besten als Heizkörper geeignet ist." Bildnachweis: Brigham-Young-UniversitätGeben Sie hier die Bildbeschreibung ein

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Ich habe das gerade gesehen und meine Forschung erkannt, ha ha. Mir ist klar, dass dies eine ältere Frage ist, aber ich wollte meine zwei Cent geben. Der veröffentlichte Artikel beschreibt die Technologie etwas irreführend (was mich frustriert), also wollte ich die Dinge klarstellen.

Sie haben insofern genau Recht, als dass die begrenzte Oberfläche fast alle Gewinne aus Erhöhungen der Strahlungsoberflächeneigenschaften ausgleicht. Das erste Diagramm unten zeigt, wie sich das scheinbare Absorptionsvermögen und das scheinbare Emissionsvermögen der Oberflächenöffnungen ändern, wenn das V für eine diffus reflektierende Oberfläche von vollständig geöffnet (Phi von 180 Grad) auf vollständig geschlossen (0 Grad) zusammenfällt. Jede Linie steht für ein anderes intrinsisches Absorptionsvermögen, das dem Material innewohnt. Wie Sie sehen können, nähert sich das scheinbare Absorptionsvermögen für alle Fälle einem an. Wie Sie bereits angemerkt haben, nimmt die Oberfläche des Heizkörpers jedoch ab. Der Nettoeffekt besteht darin, dass die gesamte Nettostrahlungswärme tatsächlich abnimmt, wenn die Oberfläche zusammenbricht (siehe Abbildung 2, die für die Nettostrahlungswärmeübertragung einer diffus reflektierenden Oberfläche und mehrere unterschiedliche intrinsische Absorptionsgrade gilt). Dies gibt uns jedoch immer noch eine erhebliche Kontrolle über die Wärmeübertragung vom Kühler in die entgegengesetzte Richtung, die wir ursprünglich beabsichtigt hatten. Wir untersuchen auch eine Vielzahl von Oberflächen, die entweder nicht auf eine Null-Oberfläche kollabieren oder die eine bestimmte Oberfläche beibehalten, während sie den Hohlraumwinkel ändern. Weitere Informationen finden Sie in der unten verlinkten Präsentation. Ich habe auch Abbildung 3 beigefügt, die zeigt, wie sich die Wärmeübertragung eines spiegelnd reflektierenden (oder spiegelähnlichen) Strahlers verhält, wenn der Strahler zusammenbricht, wenn die einfallende Strahlung kollimiert wird oder alle aus einer Richtung kommen (wie es im Allgemeinen der Fall ist). für Sonneneinstrahlung).

Weitere Informationen zu Mathematik, experimentellen Verfahren usw. finden Sie auf den Folien 23 bis 29 in dieser Präsentation. Es sollte bald ein Papier erscheinen, in dem es um das Verhalten der Nettostrahlungswärmeübertragung bei Betätigung geht.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung einAbbildung 1

Geben Sie hier die Bildbeschreibung einFigur 2

Geben Sie hier die Bildbeschreibung einFigur 3

Wow, das ist toll, dass du vorbeischaust und eine alte Frage wieder aufleben lässt! Ich werde dies und Ihren Link später heute lesen. Es ist immer toll, Leute zu haben, die (sozusagen) "im Weltraum arbeiten", um Input zu geben. Ich hoffe, Sie schauen weiterhin vorbei und sehen sich auch die anderen Fragen hier an! Allein die Tags thermalund thermal-controlverlinken auf ein paar Dutzend Fragen. Dieser braucht zum Beispiel noch eine bessere Antwort: Was sind diese sehr großen, quadratischen Panels auf Inmarsat 5?

Going on Intuition: Wenn ein Photon auf eine Oberfläche trifft, wird es entweder absorbiert oder reflektiert. Auf einer ebenen Fläche ist dies einfach: Wenn das Photon reflektiert wird, bewegt es sich vom Raumschiff weg.
Wenn ein Photon in einen Hohlraum eindringt, muss es mehrmals reflektiert werden, um den Hohlraum wieder zu verlassen, sodass es mehrere Möglichkeiten gibt, dass das Photon absorbiert wird. Der Absorptionskoeffizient wird mit der durchschnittlichen Anzahl von Reflexionen multipliziert, die benötigt werden, um aus dem Hohlraum herauszukommen.

Ich dachte auch, dass der Weg eines Objekts dazu neigt, gerade zu sein. Im gefalteten Raum hätte, wie Sie sagen, jede Ablenkung / Brechung usw. keine gerade Linie.
@Hobbes Wenn der Absorptionskoeffizient bereits hoch ist, sagen wir 0,8, und nur die Hälfte der Einfallswinkel geometrisch zu einem zweiten Einfall führen kann, dann ist das ein Effekt von 10% (0,8 + 0,16/2, eigentlich 1 - 0,2 - (0,2 ^ 2)/2). OK, es kann eine kleine Verbesserung für dunkle Dinge (mit hohem Emissionsgrad) sein. Es wäre hilfreicher für Dinge mit niedrigem Emissionsgrad (hell gefärbt), aber man würde diese nicht verwenden. Vielleicht verstehe ich den geometrischen Aspekt falsch - ich dachte, er erstreckt sich flach oder faltet sich so, dass das Falten den Gesamtquerschnitt oder Etendu (m ^ 2 sR) dramatisch reduzieren würde?
Ich habe eine Vermutung, dass sie darüber gesprochen haben. Da es sich auch um Halbleiter/Metall-Übergänge handelt (und nicht um ein nahezu schwarzes IR-Material), haben die Materialien möglicherweise einen hohen Brechungsindex und daher ein erhebliches Reflexionsvermögen, und daher wäre eine zweite Chance von Vorteil.
Warum sind tiefere Falten besser für die Absorption?
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