10 / 14
ней поверхности оболочки, рассчитанная по формуле (5). Отношение
q
т
/q
погл
= 2898
показывает, что плотность потока, передаваемого через
оболочку в охлаждающую жидкость путем теплопроводности почти в
3000 раз больше потока излучения, который после поглощения в обо-
лочке также передается в жидкость. Это обстоятельство хорошо объ-
ясняет практически линейное распределение температуры по толщине
оболочки из сапфира (см. рис. 9).
Перепад температуры, равный 150
◦
С, не превышает значение тем-
пературы, характеризующей термостойкость сапфира
(162
±
8)
◦
С,
являющейся наиболее “жестким” критерием работоспособности этого
материала. В отличие от термостойкости, определяемой в экспери-
ментах в условиях резкого охлаждения образца, расчетное значение
перепада температуры 150
◦
С возникает в результате нагрева оболоч-
ки. Более того, плавное или ступенчатое увеличение мощности ГИИ
способно обеспечить достаточно медленное возрастание температуры
оболочки, при котором в стекле образуются менее опасные сжима-
ющие напряжения [23]. Например, при начальной мощности при
включении ГИИ, равной 40 кВт, температура “горячей” поверхности
оболочки из сапфира составляет 350 K, на охлаждаемой поверхности
327 K и перепад температуры по толщине —
Δ
Т
= 22
град.
Следует отметить, что мощность рассматриваемого ГИИ, равная
250 кВт (удельная мощность 1250 кВт/м), примерно в 2–2,5 раза боль-
ше достигнутой в настоящее время в современных источниках из-
лучения с трубками из кварцевого стекла [26]. При этом значительно
меньшая температура и ее перепады в оболочке из сапфира позволяют
надеяться и на существенно больший ресурс работы ГИИ. Внешнюю
оболочку такого источника излучения, учитывая невысокий уровень
ее нагрева, целесообразно выполнять из кварцевого стекла, имеюще-
го существенно меньшую стоимость и большую термостойкость, чем
сапфир.
Заключение.
Выполнен обзор и систематизированы данные о те-
плофизических и оптических свойствах лейкосапфира – перспектив-
ного материала для использования в конструкции водоохлаждаемых
ГИИ. Представлена оценка температурного состояния их оболочек.
Показана возможность использования трубок из лейкосапфира для
создания ГИИ, удельная мощность которых в 2–2,5 раза больше ее
значения у существующих аналогичных источников излучения с труб-
ками из кварцевых стекол.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Научные
основы технологий XXI века / под ред. А.И. Леонтьева,
Н.Н. Пилюгина, Ю.В. Полежаева, В.М. Поляева. М.: УНПЦ “Энергомаш”, 2000.
136 с.
58 ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2015. № 4