中国科学院南京天文光学技术研究所机构知识库

太阳观测是天文学研究中一个十分重要且活跃的领域，而对太阳活动的观测和研究，能够帮助人类解析空间灾害性天气，建立空间天气从发生，发展，传播以及影响的物理模型，进而对灾害性空间天气进行预测和规避。 
太阳望远镜在进行观测的过程中，由于太阳的热辐射，会使得望远镜内部产生剧烈的湍流，急剧降低成像的质量，大口径的太阳望远镜主焦点附近的热功率可以达到数千瓦。因此，主焦点处的热控设计对于太阳望远镜正常稳定运行具有非常重要的意义，为了降低太阳热辐射对成像质量的影响，必须设计合理可靠的热光阑装置。 
热光阑主要分为反射式和全吸收式，全吸收式热光阑包括反射光阑和吸收光阑。在实际应用过程中，到达全吸收式热光阑的绝大部分热量会被吸收光阑带走，因此，热光阑热控设计的关键在于吸收光阑的热控设计。本文基于南京大学2.5m大视场高分辨率太阳望远镜（Wide-field and High-resolution Telescope，We HoT），对太阳望远镜的热光阑热控进行研究。 
首先，本文以太阳研究对人类研究的意义，以及太阳望远镜观测中，热控设计的重要性等方面，详细阐明了研究热光阑温度控制方法的背景和科学意义，针对大口径高分辨率太阳望远镜的技术特点，提出了最高温度低于环境温度且自身温差小于2K的温控目标，阐述了相应的热控设计方案，即采用全吸收式热光阑来控制主焦点处的热量，并详细说明了消光筒热控设计在热光阑热控中的重要性。 
其次，本文介绍了流体力学，传热学和计算流体力学的相关理论，这些理论是数值模拟仿真的基础，为消光筒结构设计提供了理论基础，也是优化消光筒设计的理论指导。 
本文创新性地提出了一种全吸收式热光阑的消光筒装置，着重说明了消光筒的设计思想。对消光筒在不同的冷却条件下的热控效果进行了仿真分析，数值模拟结果表明，在不同的冷却液流速和温度下，消光筒与环境的温度差以及消光筒自身的温差都会随着冷却液流速和温度的变化而变化。消光筒的最高温度和平均温度随着冷却液温度的降低而降低，消光筒与环境的温差也随之减小，直到低于环境温度；消光筒的自身温差则随着冷却液流速的提高而减小。从温控目标出发，对消光筒的结构进行优化，主要优化了冷源的数量，冷却液流道的结构等方面，并最终使消光筒达到了预定的温控目标。本文还对不同流动状态对对流换热的强化作用进行了理论分析和对比，探讨了Re数对提高换热能力的影响。 
本文还设计了验证实验，对消光筒进行了可行性和可靠性实验，实验结果表明，在一定的冷却条件下，消光筒能够正常稳定运行，并完成既定的温控目标。