8 / 14
мое для расчета плотностей потоков
q
л,0
и
q
т
значение внутреннего
коэффициента полезного действия ГИИ выбрано в соответствии с ре-
комендациями работы [5] равным 0,92. Использован численный метод
решения задачи (2)–(4).
Результаты исследования.
В соответствии с поставленной зада-
чей выполнен анализ температурного состояния “горячей” оболочки
ГИИ с межэлектродным расстоянием 200 мм и внутренним диаметром
7 мм из лейкосапфира в форсированных по мощности режимах работы
с учетом особенностей теплофизических и оптических свойств этого
материала, найденных на основе изучения широкого перечня литера-
турных источников. Приведенная на рис. 2–5 информация позволила
обосновать основные допущения, использованные при формулировке
математической модели решаемой задачи.
В результате расчетов получены зависимости температурного со-
стояния оболочек ГИИ от его мощности и возникающих при этом пе-
репадах температуры по толщине. Полученные авторами ранее оценки
температурного состояния оболочек из сапфира и кварцевого стекла,
теплопроводность которых была принята постоянной, показали суще-
ственное преимущество оболочек из сапфира при использовании их
в конструкции ГИИ. На рис. 6 представлена зависимость температу-
ры поверхности оболочек из кварца и сапфира со стороны плазмы
(горячая поверхность ) от мощности ГИИ.
Видно, что температура кварцевой оболочки уже при мощности
∼
135
кВт достигает значения, соответствующего температуре размяг-
чения кварца (1450 K). Экспериментальное значение мощности ГИИ,
при котором происходит разрушение кварцевых оболочек, составляет
∼
100–110 кВт. Аналогичная температура оболочки из сапфира даже
при мощности ГИИ 250 кВт остается равной примерно 600 K. На по-
верхности оболочки, охлаждаемой водой, ее значение при этой же
мощности не превышает температуру кипения воды в тракте охла-
ждения с давлением 0,5МПа (рис. 7).
Уточненное распределение температуры оболочек из кварцевого
стекла и сапфира, полученное с учетом противоположного характе-
ра зависимости их теплопроводности от температуры для мощности
ГИИ, равной 120 кВт (удельная мощность 600 кВт/м), приведено на
рис. 8.
Уровень температур на граничных поверхностях оболочек сохраня-
ется примерно таким же, как и на рис. 6, но в распределении темпера-
туры по толщине кварцевой оболочки наблюдается заметное отклоне-
ние от линейного, это объясняемое тем , что коэффициент поглощения
кварцевого стекла на два порядка больше, чем у сапфира [8]. Перепад
температуры по толщине оболочки из сапфира существенно меньше
перепада у оболочки из кварца и даже при увеличении мощности ГИИ
56 ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2015. № 4