شکل ‏5132 کانتور دما در راستای طولی کلکتور در حالت 30
در این حالت ماکزیمم دمای سیستم به حدود 830 کلوین رسیده است و نسبت به حالتی که لحیمکاری مناسبی بین قطعات کلکتور صورت گرفته است حدود 215 درجه افزایش دما در دمای ماکزیمم دارد.

مطالب مشابه در سایت

SABZFILE.COM

موجود است

شکل ‏5133 کانتور دما در صفحه ماکزیمم دما در حالت 30
همچنین با توجه با کانتور دما در صفحه طولی، بر خلاف حالات قبل، توزیع دمای نیمه پایین و بالای کلکتور تقریبا مشابه میباشد. این امر به دلیل آن است که در حالاتی که مقاومت تماسی ناچیز باشد، نیمه پایین کلکتور که به مبدل حرارتی نزدیکتر است دارای دمای پایینتری است اما در حالتی که مقاومت تماسی زیادی در قسمتهای مختلف کلکتور وجود داشته باشد، مقاومت تماسی مانع از تاثیر مستقیم سطح دما ثابت بر کلکتور شده است.
5-6-12-جنس سرامیک از آلومینا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی متغیر با مقاومت تماسی زیاد و در نظر گرفتن تابش (حالت 31)
با توجه به حالات متعددی که نتایج آنها یک به یک بررسی شدند، بالاترین دما و همچنین بالاترین اختلاف دما بین اجزا مختلف کلکتور، در حالت توان 3000 وات و با استفاده از سرامیک آلومینا با مقاومت تماسی زیاد (حالت قبل) بدست آمده است. لذا میزان تابش در این حالت، بیشترین مقدار را دارد. ابتدا به صورت تقریبی میزان حرارت تابشی را بدست میآوریم.
در حالت قبل ماکزیمم دما به 830 کلوین رسید که با توجه به کانتور دما در صفحه ماکزیمم دما، حداکثر دما در پوسته داخلی و برابر با 830 کلوین است. شایان ذکر است با توجه به کانتور دما در صفحه طولی، این ماکزیمم دما تنها بر روی بخشی از پوسته داخلی رخ داده است و سایر قسمتهای پوسته داخلی، دمایی پایینتر از 830 کلوین دارند؛ از طرف دیگر دمای پوسته خارجی کلکتور که در معرض دید پوسته داخلی قرار دارد به حدود 410 کلوین رسیده است. موارد فوق در شکل ‏5134 نمایش داده شده است.
شکل ‏5134 کانتور دما در صفحه ماکزیمم دما بدون تابش
با توجه به مطالب فوق، در بدترین حالت دمای تمامی پوسته داخلی کلکتور را برابر با 830 کلوین ضریب دید را برابر با 1 و میزان ضریب گسیل را برابر با 15/0 در نظر میگیریم]19[.
(5-2) q=ɛ×A×σ×(T24-T14)
با توجه به ابعاد کلکتور میزان حرارت تابشی به صورت زیر محاسبه میگردد.
q=0.15×3924×10-6×5.67×10-8×(8304-4104)=14.89 w
که تنها 0049/0 میزان کل انرژی 3000 واتی کلکتور میباشد.
همچنین کانتور دما در حالت در نظر گرفتن تابش در شکل ‏5135 نمایش داده شده است.
با توجه به کانتور دمای بدست آمده، ماکزیمم دما با در نظر گرفتن تابش تنها حدود 2 درجه کاهش یافته است.
شکل ‏5135 کانتور دما با در نظر گرفتن تابش
5-6-13-پوشش (کوتینگ) سرامیکها با نیکل
در این حالت بر روی سرامیکها که از جنس آلومینا هستند پوشش نیکل داده شده است. در صورتی که این پوشش وجود نداشته باشد لحیم کاری سرامیکها با پوستههای داخلی و خارجی که از جنس مس فاقد اکسیژن میباشند دچار مشکل عملی ساخت میگردد و از حالت ایدهآل فاصله میگیرد و از آنجا که دمای کلکتور 3000 وات بالاتر از دمای کلکتور 900 وات است لذا، در این کلکتور پوشش دادن و به دنبال آن لحیم کاری از اهمیت بیشتری برخوردار هستند. ضخامت نیکل پوشش داده شده بر روی هر یک از سرامیکها 60 میکرون است که 30 میکرون آن بر سطحی از سرامیک که با پوسته بیرونی در تماس است، قرار داده میشود و 30 میکرون آن نیز بر سطحی از سرامیک که با پوسته داخلی در تماس است قرار داده میشود.
کانتور دما در حالتی که از سرامیک آلومینا به همراه پوشش نیکل استفاده شده باشد درشکل ‏5136نمایش داده شده است.
شکل ‏5136 کانتور دما با در نظر گرفتن پوشش نیکل(کوتینگ)
با توجه به حالات فوق و مقایسه آنها با حالاتی که پوشش نیکل صورت نگرفته است، حداکثر دما به علت وجود پوشش نیکل 3 درجه افزایش داشته است و از آنجا که لحیم کاری مناسب به وجود پوشش وابسته است و لحیم کاری نامناسب میتواند سبب افزایش دمای 30% در کلکتور شود لذا انجام پوشش نیکل به کاهش دمای کلکتور کمک شایان توجهی خواهد نمود.
5-6-14-جنس سرامیک از آلومینا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی متغیر در حالت بهینه.
با توجه به نتایج گرفته شده، با انجام لحیم کاری و کاهش مقاومت تماسی، دمای قسمتهای پایینی پوسته داخلی کلکتور که به سطح مبدل نزدیکتر میباشند دارای دمای پایینتری نسبت به سطح بالایی آن میباشند؛ لذا این امکان وجود خواهد داشت تا با وارد کردن نیرویی مغناطیسی به الکترونها، مقدار بیشتری از آنها را به سمت قسمت پایینی پوسته داخلی کلکتور که به مبدل نزدیکتر است، برخورد دهیم. حالت بهینهای که در آن، دمای نیمه بالایی و پایینی پوسته داخلی به یکدیگر تا حد امکان نزدیک باشند در حالتی بدست آمده است که 55 درصد از الکترونها به نیمه پایینی پوسته داخلی و 45 درصد از الکترونها به قسمت بالایی پوسته داخلی برخورد نمایند.
در این حالت کانتور دما در صفحه طولی در شکل ‏5137 نمایش داده شده است.
شکل ‏5137 کانتور دمای بهینه شده
ماکزیمم دمای کلکتور به حدود 603 کلوین رسیده است. در حالت مشابه این دما به 610 کلوین میرسد لذا تنها از طریق نیروی وارد شده به الکترونها در میدان مغناطیسی و بدون تغییر خاصی در هندسه و ابعاد کلکتور، ماکزیمم دما حدود 7 درجه کاهش یافته است.
5-7-جمع بندی و نتیجهگیری
با توجه به نتایج بدست آمده حداکثر دما در نمونه شماره 1، در حالت استفاده از سرامیک آلومینا با دمای پایه خنک کننده 90 درجه سانتیگراد (کمترین توان تبرید چیلردر این حالت)، 490 کلوین و در حالت استفاده از سرامیک آلومینیوم نیترید با دمای پایه خنک کننده 90 درجه سانتیگراد (کمترین توان تبرید چیلر در این حالت)، 440 کلوین و در حالت استفاده از سرامیک برلیا با دمای پایه خنک کننده 90 درجه سانتیگراد (کمترین توان تبرید چیلر در این حالت)، 437 کلوین بدست آمده است، لذا استفاده از سرامیک برلیا در اولویت قرار دارد. در حالتی که از سرامیک آلومینیوم نیترید به عنوان ایزوله کننده الکتریکی استفاده شده است، حداکثر دما با دمای سطح زیرین پایهی خنک کننده رابطه خطی دارد، به عبارتی با افزایش دمای پایه، دمای ماکزیمم کلکتور نیز به همان نسبت افزایش مییابد اما در حالتی که از آلومینا یا برلیا به عنوان سرامیک استفاده شود این رابطه خطی برقرار نخواهد بود.
در حالتی که سیستم دیپرس قطع گردد، میزان توان وارد شده بر نمونه شماره 1، برابر با 1840 وات خواهد بود که در این صورت در مدت زمان 20 ثانیه دمای کلکتور بیش از 100 درجه افزایش خواهد یافت لذا پبشبینی سیستم قطع خودکار، برای چنین موقعیتی الزامی میباشد.
در نمونه شماره 2 با در نظر گرفتن مقاومت تماسی، در حالتی که لحیم کاری مناسبی بین اجزا مختلف تشکیل دهنده کلکتور انجام شده باشد، افزایش دمای ناچیزی نسبت به حالت بدون مقاومت تماسی ،در ماکزیمم بدست آمده است اما در صورت عدم لحیم کاری، حدودا تا 30 درصد از افزایش دمای ماکزیمم به علت مقاومت تماسی خواهد بود لذا لحیم کاری بین قطعات و کاهش مقاومت تماسی، از اهمیت ویژهای برخوردار است.
همچنین با در نظر گرفتن انتقال حرارت تابشی و مقایسه آن با حالت بدون تابش، ناچیز بودن انتقال حرارت تابش نسبت به هدایت، نتیجه گرفته شد.
در حالتی که دمای سطح زیرین پایه خنک کننده برابر با 50 درجه سانتیگراد باشد ماکزیمم دمای کلکتور در حالات کلیدی در جدول 5-4 و شکل ‏5138 نمایش داده شده است.
جدول 5-4 دمای ماکزیمم کلکتور در حالات مختلف
حالت مدل شده
دمای حداکثر (کلوین)
نمونه شماره 1 با سرامیک آلومینیوم نیترید
400
نمونه شماره 1 با سرامیک آلومینا
443
نمونه شماره 1 با سرامیک برلیا
395
نمونه شماره 2 با سرامیک آلومینا
610
نمونه شماره 2 با سرامیک برلیا

سایت ما حاوی پایان نامه های زیادی است – می توانید جستجو کنید :

470
نمونه شماره 2 با سرامیک آلومینا و مقاومت تماسی زیاد بدون تابش
830
نمونه شماره 2 با سرامیک آلومینا و مقاومت تماسی زیاد با تابش
827
نمونه شماره 2 با سرامیک آلومینا و مقاومت تماسی زیاد در حالت بهینه
603
شکل ‏5138 دمای ماکزیمم کلکتور در حالات مختلف
5-8-پیشنهادات
1- نصب سنسورهای اندازهگیری دما در نقاط دور از دسترس، در هنگام ساخت نمونه آزمایشی و اندازهگیری دما در آن نقاط.
2- از آنجا که نیمه بالایی پوسته داخلی کلکتور، به علت دور بودن از مبدل، دمای بالاتری نسبت به نیمه پایینی آن دارد لذا حالت بهینه برخورد الکترونها به پوسته داخلی کلکتور محاسبه شد لذا محاسبه نیروی لازم، برای وارد نمودن به الکترونها جهت فراهم شدن شرایط بهینه برخورد به سطح داخلی کلکتور مفید میباشد.
3- بررسی و مطالعه نحوه استفاده از لولههای حرارتی یا هر سیستم خنککاری دیگر جهت خنککاری کلکتور.
4- محاسبه توزیع دما در حالتی که سیستم دیپرس در کلکتور 3000 وات قطع شود.
6- مراجع
[1] [Online]. www.Wikipedia.Com . [Winter 2011].
[2] Gilmour, A. S .(2011). Klystrons, Traveling Wave Tubes, Magnetrons, Crossed-Field Amplifiers, And Gyrotrons, Artech House685 Can Ton, Streetnor wood
[3] Baek, S.W., Lee, J. H., Kim, S. H., Cho, K. H., and Kim, H. S.,
“Thermal Analysis Of Output Connector For Traveling Wave Tube” Third IEEE International Vacuum Electronics Conference,: 230-231, 2002.
[4] Waldemar, w. and Wymysłowski, A., “Thermal Analysis Of TWT Delay Line By Combined Theoretical And Numerical Approach” IEEE Telecommunications Research,: 359-362, 2009.
[5] Sharma, R., Bera, A. and Srivastava, V., “Thermal And Structural Analysis Of Electron Gun Assembly for A C-Band 60W Space TWT ” Microwave Tubes Division Central Electronics Engineering Research Institute (CEERI), Vol. 4, No. 5,: 309-314, 2009.
[6] Fong, H. H. and Hamel, D. J., ” Thermal/Structural Analysis Of Traveling Wave Tubes Using Finite Elements” IEEE, International Electron Devices Meeting,: 295-298, 1979.
[7] D’Agostino, S . and Paoloni C.,”A Finite-Element 3-D Method For The Design Of TWT Collectors” Department Of Electronic Engineering University Of Roma, Vol. 26, No. 2,: 119-122, 2000.

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید