а также следующие значения исходных данных:
d
1
= 0
,
01
м — внутрен-
ний диаметр внутренней оболочки;
h
= 0
,
001
м — толщина оболочки;
δ
= 0
,
003
м — зазор в охлаждающем тракте;
˙
m
= 0
,
5
кг/с — расход хладаген-
та,
T
x
= 308
K — его средняя температура;
B
=
kh
— критерий Бугера.
Плотность потока излучения на горячей поверхности оболочки
q
0
и по-
тока, передаваемого ей путем теплопроводности и конвекции, определяли по
формулам
q
0
=
η
(
P
)
P
F
внут
,
q
т
=
[1
−
η
(
P
)]
P
F
внут
,
где
F
внут
=
πd
1
l
— площадь внутренней поверхности горячей оболочки;
P
—
электрическая мощность ГИИ;
l
= 200
мм — расстояние между электродами;
η
(
P
)
— внутренний КПД ГИИ [6].
Результаты расчета температур на внутренней и внешней поверхностях
горячих оболочек, выполненных из кварцевого стекла и лейкосапфира, при-
ведены на рис. 1 и 2. На рис. 1 указаны также температуры плавления лей-
косапфира
T
л
и кварца
T
кв
, а на рис. 2 — температура воды при давлении в
тракте охлаждения ГИИ, равном 5 атм.
Характер зависимостей температуры внутренней поверхности горячей
оболочки от мощности ГИИ (см. рис. 1) свидетельствует о том, что во всем
исследованном диапазоне мощностей температура
T
1
лейкосапфировой обо-
лочки оказывается в 2–4 раза меньше температуры оболочки из кварцевого
стекла и намного меньше температуры плавления лейкосапфира. Темпера-
тура
T
1
кварцевой оболочки достигает значения температуры плавления при
мощности ГИИ
170
кВт. Экспериментальное же значение мощности, при
которой происходит ее разрушение, меньше этого значения и составляет не
более 120 кВт, а ресурс работы находится в интервале от 1 до 2 мин.
Температура внешней поверхности горячей оболочки из лейкосапфира
T
2
(рис. 2) также ниже температуры оболочки из кварца и в исследованном
диапазоне мощностей не достигает температуры кипения воды.
И, наконец, очень важным результатом анализа температурного состо-
яния оболочек, выполненных из двух рассмотренных материалов, является
то, что перепад температуры по толщине оболочки из лейкосапфира лежит
в интервале о 50 до 110 градусов, а у оболочки из кварца — от 800 градусов
и более.
Выводы.
Проведен сравнительный анализ температурного состояния
оболочек мощных водоохлаждаемых газоразрядных источников излучения,
материалами которых служат кварцевое стекло и лейкосапфир. Показано,
что в диапазоне изменения мощности ГИИ от 100 кВт и более при меж-
электродном расстоянии 200 мм температура поверхности горячей оболоч-
ки, выполненной из лейкосапфира, в 2–4 раза меньше этой же температуры
кварцевой оболочки при одинаковых режимах работы.
Перепад температуры по толщине оболочки из лейкосапфира в 8 раз
и более меньше перепада температуры в оболочке из кварцевого стекла.
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение” 2014. № 4 133
