دانلود پایان نامه ارشد : بررسی عددی انتقال حرارت سه بعدی در کلکتور تقویت کننده موج رونده
. 43
5-2-محل عبور خطوط.. 47
5-3-نتایج حاصل از شبیه سازی برخورد الکترون ها در نرم افزار CST. 50
5-4-نتایج حاصل از شبیه سازی نمونه شماره 1 در نرم افزار CFX.. 52
5-4-1-جنس سرامیک از آلومینیوم نیترید با دمای پایه 40 درجه سانتیگراد (حالت 1) 54
5-4-2-جنس سرامیک از آلومینیوم نیترید با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد (حالت 2) 57
5-4-3-جنس سرامیک از آلومینیم نیترید با دمای پایه 70 درجه سانتیگراد (حالت 3) 60
5-4-4-جنس سرامیک از آلومینیوم نیترید با دمای پایه 70 درجه سانتیگراد با حرارت ورودی میانگین گیری شده (حالت 4) 64
5-4-5-جنس سرامیک از آلومینیوم نیترید با دمای پایه 90 درجه سانتیگراد (حالت 5) 66
5-4-6-جنس سرامیک از آلومینا با دمای سطح کف پایه آلومینیومی برابر با 40 درجه سانتیگراد (حالت 6) 68
5-4-7-جنس سرامیک از آلومینا با دمای کف پایه آلومینیومی 50 درجه سانتیگراد (حالت 7) 71
5-4-8-جنس سرامیک از آلومینا با دمای کف پایه70 درجه سانتیگراد (حالت 8) 74
5-4-9-جنس سرامیک از آلومینا با دمای کف پایه آلومینیومی90 درجه سانتیگراد (حالت 9) 76
5-4-10-جنس سرامیک از آلومینا با دمای پایه 70 درجه سانتیگراد وحرارت ورودی میانگین (حالت 10) 79
5-4-11-جنس سرامیک از آلومینا با دمای پایه 70 وحرارت ورودی میانگین با هدایت حرارتی ثابت (حالت 11) 81
5-4-12-جنس سرامیک از برلیا با دمای کف پایه آلومینیومی 40 درجه سانتیگراد (حالت 12) 84
5-4-13-جنس سرامیک از برلیا با دمای کف پایه آلومینیومی 50 درجه سانتیگراد و استفاده از هدایت حرارتی ثابت (حالت 13). 86
5-4-14-جنس سرامیک از برلیا با دمای سطح زیرین پایه 50 درجه سانتیگراد و استفاده از هدایت حرارتی متغیر (حالت 14) 89
5-4-15-جنس سرامیک از برلیا با دمای سطح زیرین پایه آلومینیومی برابر با 70 درجه سانتیگراد (حالت 15) 91
5-4-16-جنس سرامیک از برلیا با دمای سطح زیرین پایه 70 درجه سانتیگراد با حرارت ورودی میانگین (حالت 16) 95
5-4-17-جنس سرامیک از برلیا با دمای سطح زیرین پایه برابر 90 درجه سانتیگراد (حالت 17) 98
5-4-18-جنس سرامیک از برلیا با دمای سطح زیرین پایه برابر 50 درجه سانتیگراد و بدون سیستم دیپرس( حالت 18) 100
5-4-19-جنس سرامیک از برلیا با دمای سطح زیرین پایه برابر 50 درجه سانتیگراد و بدون سیستم دیپرس در حالت زمانمند (حالت 19) 102
5-4-20-مقایسه توزیع دما در سرامیک بالایی. 105
5-5-اعتبار سنجی.. 106
5-6-نتایج حاصل از شبیه سازی نمونه شماره 2 در نرم افزار CFX.. 108
5-6-1-جنس سرامیک از آلومینا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی ثابت (حالت 20) 108
5-6-2-جنس سرامیک از آلومینا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی متغیر (حالت 21) 109
5-6-3-جنس سرامیک از آلومینا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی متغیر با توان ورودی میانگین (حالت 22) 110
5-6-4-جنس سرامیک از آلومینا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی متغیر با جنس پایه خنک کننده از مس (حالت 23) 112
5-6-5-جنس سرامیک از آلومینا و ضریب هدایت حرارتی متغیر و تماس سه وجه پایه با مبدل (حالت 24) 113
5-6-6-جنس سرامیک از برلیا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی ثابت (حالت 25) 114
5-6-7-جنس سرامیک از برلیا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی متغیر (حالت 26) 116
5-6-8-جنس سرامیک از برلیا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی متغیر با توان میانگین ورودی (حالت 27) 118
5-6-9-جنس سرامیک از برلیا و ضریب هدایت حرارتی متغیر و تماس سه وجه پایه با مبدل (حالت 28) 119
5-6-10-جنس سرامیک از آلومینا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی متغیر با مقاومت تماسی اندک (حالت 29) 121
5-6-11-جنس سرامیک از آلومینا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی متغیر با مقاومت تماسی زیاد(حالت 30) 121
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) 123
5-6-13-پوشش (کوتینگ) سرامیک ها با نیکل. 125
5-6-14-جنس سرامیک از آلومینا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی متغیر در حالت بهینه. 126
5-7-جمع بندی و نتیجه گیری.. 127
5-8-پیشنهادات.. 129
6- مراجع………………………………………………………………………….130
پیشگفتار
امروزه امواج مایکروویو علاوه بر اینکه بیشتر از 60% سیستمهای راداری را در بر میگیرد، در مواردی مانند ارتباطات هوانوردی، هواشناسی، دریا نوردی، ماهوارههای ارتباطی، ماهوارههای سنجش از راه دور، تشخیص پزشکی و وسایل صنعتی نقش عمدهای دارد ]1 .[
امواج مایکروویو پس از برخورد با یک ماده، یا منعکس میشوند، یا عبور میکنند، یا جذب ماده میشوند و یا ترکیبی از عبور و جذب و انعکاس امواج رخ میدهد. این امواج اگر به سطح فلزات برخورد کنند، منعکس خواهند شد، از شیشه و پلاستیک عبور میکنند و موادی که حاوی آب هستند، مانند غذاها و بدن انسان، انرژی این امواج را جذب و به حرارت تبدیل میکنند، لذا قرار گرفتن در معرض تابش مستقیم امواج ماکروویو میتواند موجب سوختگیهای عمیق بافتی شود ]1 .
1-2-آشنایی با لامپهای مایكروویو
لامپ مایکروویو اصطلاحا به دستگاهی گفته میشود که جهت تقویت، یا تولید و تقویت امواج مایکروویو بکار میرود. اولین لامپ مایکروویو در دهه ۱۹۳۰ در انگلیس ساخته شد و سپس از آن در ساخت و توسعه سیستم رادار در خلال جنگ جهانی دوم استفاده شد. لامپها برای تولید توانهای بسیار بالا (۱۰ کیلو وات تا ۱۰ مگا وات) و فرکانسهای بالای امواج میلی متری (۱۰۰ گیگا هرتز و بالاتر) لازم و ضروری میباشند]1[.
لامپهای مایکروویو انواع مختلفی دارند که از جمله آنها میتوان، لامپ مگنترون(Magnetron)، لامپ کلایسترون (Klystron) و لامپ موج رونده (Traveling Wave Tube) که به اختصار TWT نامیده میشود، را نام برد. برخی از لامپهای مایكروویو فقط عمل تقویت را انجام میدهند، مانند TWT و كلایسترون، و برخی دیگر مانند مگنترون، عمل تولید و تقویت سیگنال را همزمان به عهده دارند ]1 .
1-3- لامپ TWT
این لامپ از سه قسمت اصلی؛ تفنگ الکترونی، ساختار موج آهسته و کلکتور تشکیل شده است (شکل 1‑1). قسمت اول، یعنی تفنگ الکترونی (الکترون گان)، وظیفهی گسیل کردن الکترونها را به عهده دارد. الکترونها پس از اینکه در قسمت گان تولید شدند، وارد قسمت دوم سیستم؛ ساختار موج آهسته؛ که در وسط آن هلیکس قرار دارد، میشوند. ازطرفی دیگر، موج [2]RF را به وسیلهی کانکتور وارد هلیکس میکنند (کانکتور یکی از قسمتهای نسبتا مهم TWT میباشد که بعد از هلیکس و قبل از کلکتور قرار دارد و وظیفهی انتقال توان از هلیکس به بیرون را دارد). در هلیکس در اثر برهمکنش الکترونها و موج RF، تقویت موج انجام میشود. در این قسمت الکترونها تنها بخشی از انرژی خود را به موج RF منتقل کرده و وارد قسمت سوم سیستم، یعنی کلکتور میشوند. در این قسمت الکترونها باقیمانده انرژی خود را به کلکتور میدهند که این امر باعث افزایش دمای کلکتور میگردد. با توجه به ساختار پیچیدهی کلکتور و وجود مواد مختلف در آن و فرایندهای مختلف ساخت، تحلیل حرارتی کلکتور از اهمیت ویژهای برخوردار است ]2 .[
لامپهای TWT بر اساس جفت شدن پرتو الكترونی با میدان RF در ساختار موج آهسته [3](SWS) كار میكنند. میدانهای الكتریكی و مغناطیسی میبایست درفضای داخل لامپ با یكدیگر موازی باشند و در نتیجه حركت الكترونها خطی و در امتداد محور هلیکس است، به همین دلیل، این نوع لامپها را لامپهای خطی نیز مینامند. از طرف دیگر چون الکترونها در فضای موج آهسته RF حركت میكنند، لذا این لامپها را، لامپهای موج رونده (TWT) نیز میگویند ]2 .[
شکل 1‑1 ساختار یک لامپ TWT ]1 .[
شکل 1‑2- مسیر عبور الکترونها در یک لامپ TWT ]1 .
1-4-اهداف تحقیق
همانگونه که ذکر شد الکترونها پس از اینکه در الکترونگان تولید شدند، از قسمت میانی سیستم گذشته و وارد قسمت سوم، یعنی کلکتور میگردند. وظیفهی کلکتور جمع آوری این الکترونهای پر انرژی بوده، و لذا این عمل باعث بالا رفتن دمای قسمتهای مختلف کلکتور میشود. معمولا برای بالا بردن ظرفیت جذب، سطح کلکتور را به صورت شیبدار طراحی مینمایند تا سطح جذب کنندهی الکترونها افزایش یابد.
با توجه به تحت خلا بودن ساختار داخلی و بالا بودن هدایت حرارتی مواد بکار رفته، انتقال حرارت از سطح داخلی کلکتور به سطوح خارجی، به روش هدایت صورت میگیرد و از آنجا به وسیله انتقال حرارت جابجایی به محیط داده میشود.
افزایش دمای کلکتور یکی از عوامل محدود کننده در کارآیی لامپ TWT میباشد. اگر دمای سطح داخلی کلکتور از دمای ذوب لحیمهای بکار رفته در کلکتور فراتر رود باعث ذوب شدن لحیمهای سازه شده و موجب از بین رفتن خلا درون لامپ و در نهایت باعث از کار افتادن کل سیستم میگردد. بنابراین، اهداف این پژوهش به صورت زیر ارائه میگردند:
1- بدست آوردن کانتور دما در تمامی اجزا کلکتور یک لامپ 900 وات با هندسه 3 بعدی، با توجه به جنس سرامیکهای بکار رفته در کلکتور، که از برلیا، یا آلومینا و یا آلومینیوم نیترید میتواند باشد. در تمام حالات فوق دمای مربوط به صفحه کف (بیس) کلکتور 900 وات در دمای 40 و 50 و 70 و 90 درجه سانتیگراد در نظر گرفته میشود.
2- بدست آوردن کانتور دما در تمامی اجزا کلکتور یک لامپ 3000 وات با هندسه 3 بعدی، با توجه به جنس سرامیکهای بکار رفته در کلکتور، که از برلیا و یا آلومینا میتواند باشد.
3-بررسی و مقایسهی کانتور دما در کلکتور لامپ 3000 وات در حالتی که توان ورودی به صورت میانگین بر روی سطح داخلی کلکتور پخش شده باشد با حالت اصلی (توان هر قسمت از سطح داخلی کلکتور بر روی همان قسمت وارد شود) در حالتی که جنس سرامیکهای بکار رفته در کلکتور از برلیا و یا آلومینا باشد.
4- بدست آوردن کانتور دما در کلکتور 3000 وات در حالتی که علاوه بر سطح زیرین، سطوح جانبی نیز در اثر تماس با مبدل در دمای ثابت نگه داشته شوند، در دو حالت استفاده از آلومینا و برلیا.
5- حل گذرا در حالتی که توان ورودی کلکتور 900 وات به طور ناگهانی و به علت نقص در سیستم دو برابر شود.
نسخه قابل چاپ | ورود نوشته شده توسط نجفی زهرا در 1399/10/26 ساعت 05:51:00 ق.ظ . دنبال کردن نظرات این نوشته از طریق RSS 2.0. |