5-4-14-جنس سراميک از برليا با دماي سطح زيرين پايه 50 درجه سانتيگراد و استفاده از هدايت حرارتي متغير (حالت 14)89
5-4-15-جنس سراميک از برليا با دماي سطح زيرين پايه آلومينيومي برابر با 70 درجه سانتيگراد (حالت 15)91
5-4-16-جنس سراميک از برليا با دماي سطح زيرين پايه 70 درجه سانتيگراد با حرارت ورودي ميانگين (حالت 16)95
5-4-17-جنس سراميک از برليا با دماي سطح زيرين پايه برابر 90 درجه سانتيگراد (حالت 17)98
5-4-18-جنس سراميک از برليا با دماي سطح زيرين پايه برابر 50 درجه سانتيگراد و بدون سيستم ديپرس( حالت 18)100
5-4-19-جنس سراميک از برليا با دماي سطح زيرين پايه برابر 50 درجه سانتيگراد و بدون سيستم ديپرس در حالت زمانمند (حالت 19)102
5-4-20-مقايسه توزيع دما در سراميک بالايي.105
5-5-اعتبار سنجي106
5-6-نتايج حاصل از شبيه سازي نمونه شماره 2 در نرم افزار CFX108
5-6-1-جنس سراميک از آلومينا با دماي پايه 50 درجه سانتيگراد و ضريب هدايت حرارتي ثابت (حالت 20)108
5-6-2-جنس سراميک از آلومينا با دماي پايه 50 درجه سانتيگراد و ضريب هدايت حرارتي متغير (حالت 21)109
5-6-3-جنس سراميک از آلومينا با دماي پايه 50 درجه سانتيگراد و ضريب هدايت حرارتي متغير با توان ورودي ميانگين (حالت 22)110
5-6-4-جنس سراميک از آلومينا با دماي پايه 50 درجه سانتيگراد و ضريب هدايت حرارتي متغير با جنس پايه خنک کننده از مس (حالت 23)112
5-6-5-جنس سراميک از آلومينا و ضريب هدايت حرارتي متغير و تماس سه وجه پايه با مبدل (حالت 24)113
5-6-6-جنس سراميک از برليا با دماي پايه 50 درجه سانتيگراد و ضريب هدايت حرارتي ثابت (حالت 25)114
5-6-7-جنس سراميک از برليا با دماي پايه 50 درجه سانتيگراد و ضريب هدايت حرارتي متغير (حالت 26)116
5-6-8-جنس سراميک از برليا با دماي پايه 50 درجه سانتيگراد و ضريب هدايت حرارتي متغير با توان ميانگين ورودي (حالت 27)118
5-6-9-جنس سراميک از برليا و ضريب هدايت حرارتي متغير و تماس سه وجه پايه با مبدل (حالت 28)119
5-6-10-جنس سراميک از آلومينا با دماي پايه 50 درجه سانتيگراد و ضريب هدايت حرارتي متغير با مقاومت تماسي اندک (حالت 29)121
5-6-11-جنس سراميک از آلومينا با دماي پايه 50 درجه سانتيگراد و ضريب هدايت حرارتي متغير با مقاومت تماسي زياد(حالت 30)121
5-6-12-جنس سراميک از آلومينا با دماي پايه 50 درجه سانتيگراد و ضريب هدايت حرارتي متغير با مقاومت تماسي زياد و در نظر گرفتن تابش (حالت 31)123
5-6-13-پوشش (کوتينگ) سراميک ها با نيکل125
5-6-14-جنس سراميک از آلومينا با دماي پايه 50 درجه سانتيگراد و ضريب هدايت حرارتي متغير در حالت بهينه.126
5-7-جمع بندي و نتيجه گيري127
5-8-پيشنهادات129
6-مراجع………………………………………………………………………….130
فهرست جدولها
عنوان و شماره صفحه
جدول 2-1 توان تلف شده در کلکتور TWT با روشهاي خنککاري متفاوت ……………………. 16
جدول ‏1-1 بررسي استقلال از شبکه نمونه شماره 1……………………………………………………………….45
جدول ‏1-2 بررسي استقلال از شبکه نمونه شماره 2……………………………………………………………….45
جدول 5-3 حالات حل شده در حلگر cfx……………………………………………………………………………51
جدول 5-4 دماي ماکزيمم کلکتور در حالات مختلف…………………………………………………………..128
فهرست شکلها
عنوان صفحه
شکل ‏1-1 ساختار يک لامپ TWT ]1 .[4
شکل ‏1-2- مسير عبور الکترونها در يک لامپ TWT ]1 .[4
شکل ‏2-1- مش بندي تمام اجزا لامپ موج رونده ]6[.10
شکل ‏2-2- گريد بندي ]7[.10
شکل ‏2-3 توزيع دما در کلکتور ]8[.11
شکل ‏2-4- تغييرات توان در راستاي طول کلکتور]9[.12
شکل ‏2-5-بازه توزيع دما در کلکتور ]9[.12
شکل ‏2-6- توزيع دما در راستاي شعاعي کلکتور]9[.12
شکل ‏2-7- طول مشخصه L (پارامتر بهينه سازي) ]9[.13
شکل ‏2-8- دماي بهينه شده ]9[.13
شکل ‏2-9- دما بر حسب زمان ]9[.14
شکل ‏2-10- بازه توزيع دما در کلکتور فين دار ]9[.15
شکل ‏2-11-توزيع دما در کلکتور بدون فين]9[.15
شکل ‏3-1- طراحي کلکتور24
شکل ‏3-2- نماي سه بعدي کلکتور25
شکل ‏3-3- پايه خنک کننده مربوط به کلکتور25
شکل ‏3-4- نماي روبروي کلکتور و پايه ي آن26
شکل ‏3-5- چهارنماي کلکتور26
شکل ‏3-6- پوسته خارجي کلکتور26
شکل ‏3-7-سراميک جدا کننده پوسته داخلي و خارجي27
شکل ‏3-8- نحوه قرار گيري سراميک ها در کلکتور27
شکل ‏3-9-پوسته داخلي کلکتور28
شکل ‏3-10- نحوه قرارگيري پوسته داخلي28
شکل ‏3-11 حلقه ي ابتدايي29
شکل ‏3-12 حلقه ي انتهايي29
شکل ‏3-13- قسمت انتهايي سيستم از جنس آلومينا29
شکل ‏3-14: برش طولي از کلکتور به همراه اجزاء آن.30
شکل ‏3-15: توزيع توان حاصل از برخورد الکترونها به بدنه داخلي کلکتور900 وات.31
شکل ‏3-16- نماي سه بعدي از مش بندي31
شکل ‏3-17 نماي مش بندي از بالا32
شکل ‏4-1 تغييرات ضريب هدايت آلومينا با دما38
شکل ‏4-2 توان ورودي و خروجي به لامپ39
شکل ‏5-1- نماي کناري خط شماره ي 147
شکل ‏5-2-نماي روبروي خط شماره ي 147
شکل ‏5-3- نماي کناري خط شماره 248
شکل ‏5-4- نماي روبرو از خط شماره 248
شکل ‏5-5-نماي روبرو از خط شماره 349
شکل ‏5-6- نماي سه بعدي از خط شماره 349
شکل ‏5-7- نماي کناري خط شماره 349
شکل ‏5-8- صفحه عرضي50
شکل ‏5-9- صفحه طولي50
شکل ‏5-10- محل برخورد الکترونها در کلکتور 900 وات با ديپرس51
شکل ‏5-11- محل برخورد الکترونها در کلکتور 900 وات بدون ديپرس51
شکل ‏5-12- محل برخورد الکترونها در کلکتور 3000 وات با ديپرس52
شکل ‏5-13 توزيع دما در صفحه عرضي در حالت 154

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

شکل ‏5-14-توزيع دما در صفحه طولي در حالت 155
شکل ‏5-15 دماي پوسته داخلي در حالت 155
شکل ‏5-16 توزيع دما بر خط 1 در حالت 156
شکل ‏5-17 توزيع دما بر خط 3 در حالت 156
شکل ‏5-18توزيع دما در خطوط 1 و 3 در حالت 157
شکل ‏5-19 توزيع دما در صفحه طولي در حالت 257
شکل ‏5-20 توزيع دما در صفحه عرضي در حالت 258
شکل ‏5-21 توزيع دما در حالت 258
شکل ‏5-22 نماي سه گانه در حالت 259
شکل ‏5-23 نمودار هاي توزيع دما در خطوط 1 و 3 در حالت 260
شکل ‏5-24 توزيع دما بر صفحات عرضي در حالت 360
شکل ‏5-25- کانتور دما در صفحه عرضي در حالت 361
شکل ‏5-26 کانتور دما در صفحه طولي در حالت 361
شکل ‏5-27 توزيع دماي چهارکانه در حالت 362
شکل ‏5-28 توزيع دما بر روي خط شماره 1 در حالت 362
شکل ‏5-29 توزيع دما را بر روي خط شماره 3 در حالت 363
شکل ‏5-30 خط شماره 463
شکل ‏5-31 توزيع دما در خط شماره 4 در حالت 363
شکل ‏5-32 توزيع دما در خطوط 1 و 3 و 4 در حالت 364
شکل ‏5-33 توزيع دما در صفحه عرضي در حالت 465
شکل ‏5-34 کانتور دما در صفحه ي طولي کلکتور در حالت 465
شکل ‏5-35 کانتور سه نماي در حالت 466
شکل ‏5-36 توزيع دما در خط شماره 1 و 3 و 4 در حالت 466
شکل ‏5-37 توزيع دما در صفحه عرضي در حالت 567
شکل ‏5-38 توزيع دما بر خطوط 1و 3 و 4 در حالت 567
شکل ‏5-39 کانتور دما در صفحه عرضي در حالت 668
شکل ‏5-40 کانتور دما در صفحه عرضي در حالت 669
شکل ‏5-41 توزيع دما در پوسته خارجي در حالت 670

شکل ‏5-42 کانتور دماي پوسته ي داخلي و سطح پايين سراميک بالايي در حالت 670
شکل ‏5-43 توزيع دما روي خط 1 در حالت 671
شکل ‏5-45 کانتور دما در صفحه ي عمود بر محور کلکتور در حالت 772
شکل ‏5-46 کانتور دما بر روي صفحه ي طولي در حالت 772
شکل‏5-47 توزيع دما در خط 1 در حالت 773
شکل ‏5-48 توزيع دما در خط شماره 3 در حالت 773
شکل ‏5-49 کانتور دما در صفحه ي عمود بر محور کلکتور در حالت 874
شکل ‏5-50 کانتور دما در راستاي طولي در حالت 875
شکل ‏5-51 توزيع دما در خط 1 در حالت 875
شکل ‏5-52 توزيع دما در خط 3 در حالت 876
شکل ‏5-53 کانتور دما در صفحه ي عمود بر محور کلکتور در حالت 976
شکل ‏5-54 کانتور دما را راستاي طول کلکتور در حالت 977
شکل ‏5-55 توزيع دما بر روي خط 1 در حالت 977
شکل ‏5-56 توزيع دما بر روي خط 3 در حالت 978
شکل ‏5-57 کانتور دما بر روي پوسته ي داخلي در حالت 978
شکل ‏5-58 کانتور دما در صفحه عرضي در حالت 1079
شکل ‏5-59 کانتور دما در صفحه طولي در حالت 1080
شکل ‏5-60 کانتور دما در پوسته ي داخلي در حالت 1080
شکل ‏5-61 کانتور دما در پوسته ي خارجي در حالت 1081
شکل ‏5-62 کانتور دما روي صفحه ي عرضي در حالت 1182
شکل ‏5-63 کانتور دما در صفحه ي طولي در حالت 1182
شکل ‏5-64 کانتور دما بر روي سطح بالايي سراميک بالايي در حالت 1183
شکل ‏5-65 توزيع دما در خط شماره 1 در حالت 1183
شکل ‏5-66 کانتور دما در صفحه ي طولي در حالت 1284
شکل ‏5-67 کانتور دما از نماي روبروي کلکتور و پوسته ي خارجي در حالت 1284
شکل ‏5-68 کانتور دماي سراميک بالايي (نماي بالا) در حالت 1285
شکل ‏5-69 کانتور دما بر روي صفحه ي انتهايي کلکتور در حالت 1285
شکل ‏5-70 نمودار توزيع دما بر روي خط شماره 1 در حالت 1286
شکل ‏5-71 کانتور دما در صفحه ي طولي در حالت 1386
شکل ‏5-72 توزيع دما بر روي قسمت شيب دار انتهايي کلکتور در حالت 1387
شکل ‏5-73 کانتور هاي دمايي در حالت 1387
شکل ‏5-74 کانتور دما در نماي بالا در حالت 1388
شکل ‏5-75 کانتور دما بر روي پوسته ي خارجي و قسمت شيب دار در حالت 1388
شکل ‏5-76 کانتورهاي دما بر روي صفحات مختلف در حالت 1489
شکل ‏5-77 کانتور دما در راستاي طولي در حالت 1489
شکل ‏5-78 کانتور دما بر روي پوسته ي داخلي در حالت 1490
شکل ‏5-79 کانتور دما در پوسته ي خارجي در حالت 1490
شکل ‏5-80 توزيع دما بر روي خطوط 1 و 3 در حالت 1491
شکل ‏5-81 کانتور دما در صفحه ي عمود بر محور کلکتور در حالت 1592
شکل ‏5-82 کانتور دما در صفحه ي طولي در حالت 1592
شکل ‏5-83 کانتور دما بر روي صفحه ي مورب انتهايي کلکتور در حالت 1593
شکل ‏5-84 کانتور دما در پوست ي خارجي در حالت 1593
شکل ‏5-85 توزيع دما در خط شماره 1 در حالت 1594
شکل ‏5-86 توزيع دما در خط شماره 2 (خط عمودي) در حالت 1594
شکل ‏5-87 توزيع دما در خط شماره 3 در حالت 1594
شکل ‏5-88 کانتور دما در صفحه طولي در حالت 1695
شکل ‏5-89 کانتور دما در صفحه طولي در حالت 1695
شکل ‏5-90نماي دوگانه در حالت 1696
شکل ‏5-91 توزيع دما در خط شماره 3 (مورب) در حالت 1697
شکل ‏5-92کانتور دماي حجمي در حالت 1697
شکل ‏5-93 کانتور دما بر صفحه طولي در حالت 1798
شکل ‏5-94 کانتور دما بر صفحه طولي در حالت 1799
شکل ‏5-95 کانتور دما بر روي صفحات عرضي در حالت 1799
شکل ‏5-96 کانتور دما در نماي بالا در حالت 17100
شکل ‏5-97 نمودار توزيع دما در راستاي طولي سراميک بالايي در حالت 17100
شکل ‏5-98 کانتور دما در صفحه عرضي در حالت 18101
شکل ‏5-99 کانتور دما در صفحه طولي بدون ديپرس در حالت 18101
شکل ‏5-100 شرايط اوليه103
شکل ‏5-101 کانتور دما در صفحه طولي در 3.2 ثانيه104
شکل ‏5-102 کانتور دما در صفحه طولي در 12.8 ثانيه104
شکل ‏5-103 کانتور دما در صفحه طولي در 20.8 ثانيه104
شکل ‏5-104 کانتور دما در صفحه طولي در 35 ثانيه105
شکل ‏5-105 نماي سه بعدي از کلکتور و خط عبورکننده از سراميک بالايي105
شکل ‏5-106 توزيع دما بر راستاي طولي سراميک بالايي106
شکل ‏5-107 اعتبار سنجي106
شکل ‏5-108 نماي سه بعدي خط ماکزيمم دما107
شکل ‏5-109 نماي روبروي خط ماکزيمم دما107
شکل ‏5-110 نماي کناري خط ماکزيمم دما107
شکل ‏5-111 کانتور دما در صفحه طولي در حالت 20108
شکل ‏5-112 کانتور دما در صفحه طولي در حالت 20108
شکل ‏5-113 کانتور دما در صفحه طولي در حالت 21109
شکل ‏5-114 کانتور دما در صفحه عرضي ماکزيمم دما در حالت 21110
شکل ‏5-115 توزيع دما بر روي خط ماکزيمم دما در حالت 21110
شکل ‏5-116 کانتور دما در صفحه طولي در حالت 22111
شکل ‏5-117 توزيع دما بر خط ماکزيمم دما در حالت 22111
شکل ‏5-118 کانتور دما در صفحه طولي در حالت 23112
شکل ‏5-119 توزيع دما در خط ماکزيمم دما در حالت 23113
شکل ‏5-120 کانتور دما در صفحه ماکزيمم دما در حالت 24113
شکل ‏5-121 کانتور دما در صفحه طولي در حالت 24114
شکل ‏5-122 کانتور دما در صفحه طولي در حالت 25115
شکل ‏5-123 توزيع دما بر خط ماکزيمم دما در حالت 25115
شکل ‏5-124 توزيع دما در پوسته داخلي، سراميک ها و حلقه ي ابتدايي در حالت 25116
شکل ‏5-125 کانتور دما در صفحه طولي در حالت 26116
شکل ‏5-126 کانتور دما در صفحه ماکزيمم دما در حالت 26117
شکل ‏5-127 توزيع دما بر روي خط ماکزيمم دما در حالت 26117
شکل ‏5-128 کانتور دما در صفحه طولي در حالت 27118
شکل ‏5-129 کانتور دما در سراميکها و پوسته داخلي در حالت 27119
شکل ‏5-130 کانتور دما در صفحه طولي با مبدل سه وجهي در حالت 28120
شکل ‏5-131 کانتور دما در سراميکها، پوسته داخلي و حلقه ابتدايي در حالت 28120
شکل ‏5-132 کانتور دما در صفحه طولي با مقاومت تماسي اندک121
شکل ‏5-133 کانتور دما در راستاي طولي کلکتور در حالت 30122
شکل ‏5-134 کانتور دما در صفحه ماکزيمم دما در حالت 30122
شکل ‏5-135 کانتور دما در صفحه ماکزيمم دما بدون تابش124
شکل ‏5-136 کانتور دما با در نظر گرفتن تابش124
شکل ‏5-137 کانتور دما با در نظر گرفتن پوشش نيکل(کوتينگ)125
شکل ‏5-138 کانتور دماي بهينه شده126
شکل ‏5-139 دماي ماکزيمم کلکتور در حالات مختلف128
فصل اول

1- مقدمه
1-1-پيشگفتار
امروزه امواج مايکروويو علاوه بر اينکه بيشتر از 60% سيستمهاي راداري را در بر ميگيرد، در مواردي مانند ارتباطات هوانوردي، هواشناسي، دريا نوردي، ماهوارههاي ارتباطي، ماهوارههاي سنجش از راه دور، تشخيص پزشکي و وسايل صنعتي نقش عمدهاي دارد ]1 .[
امواج مايکروويو پس از برخورد با يک ماده، يا منعکس ميشوند، يا عبور ميکنند، يا جذب ماده ميشوند و يا ترکيبي از عبور و جذب و انعکاس امواج رخ ميدهد. اين امواج اگر به سطح فلزات برخورد کنند، منعکس خواهند شد، از شيشه و پلاستيک عبور ميکنند و موادي که حاوي آب هستند، مانند غذاها و بدن انسان، انرژي اين امواج را جذب و به حرارت تبديل ميکنند، لذا قرار گرفتن در معرض تابش مستقيم امواج ماکروويو ميتواند موجب سوختگيهاي عميق بافتي شود ]1 .[

1-2-آشنايي با لامپهاي مايكروويو
لامپ مايکروويو اصطلاحا به دستگاهي گفته ميشود که جهت تقويت، يا توليد و تقويت امواج مايکروويو بکار ميرود. اولين لامپ مايکروويو در دهه ???? در انگليس ساخته شد و سپس از آن در ساخت و توسعه سيستم رادار در خلال جنگ جهاني دوم استفاده شد. لامپ‌ها براي توليد توان‌هاي بسيار بالا (?? کيلو وات تا ?? مگا وات) و فرکانس‌هاي بالاي امواج ميلي متري (??? گيگا هرتز و بالاتر) لازم و ضروري مي‌باشند]1[.
لامپهاي مايکروويو انواع مختلفي دارند که از جمله آنها ميتوان، لامپ مگنترون(Magnetron)، لامپ کلايسترون (Klystron) و لامپ موج رونده (Traveling Wave Tube) که به اختصار TWT ناميده ميشود، را نام برد. برخي از لامپهاي مايكروويو فقط عمل تقويت را انجام ميدهند، مانند TWT و كلايسترون، و برخي ديگر مانند مگنترون، عمل توليد و تقويت سيگنال را همزمان به عهده دارند ]1 .[

1-3- لامپ 5 TWT
اين لامپ از سه قسمت اصلي؛ تفنگ الکتروني، ساختار موج آهسته و کلکتور تشکيل شده است (شکل ‏1-1). قسمت اول، يعني تفنگ الکتروني (الکترون گان)، وظيفهي گسيل کردن الکترونها را به عهده دارد. الکترونها پس از اينکه در قسمت گان توليد شدند، وارد قسمت دوم سيستم؛ ساختار موج آهسته؛ که در وسط آن هليکس قرار دارد، ميشوند. ازطرفي ديگر، موج 6RF را به وسيلهي کانکتور وارد هليکس ميکنند (کانکتور يکي از قسمتهاي نسبتا مهم TWT ميباشد که بعد از هليکس و قبل از کلکتور قرار دارد و وظيفهي انتقال توان از هليکس به بيرون را دارد). در هليکس در اثر برهمکنش الکترونها و موج RF، تقويت موج انجام ميشود. در اين قسمت الکترونها تنها بخشي از انرژي خود را به موج RF منتقل کرده و وارد قسمت سوم سيستم، يعني کلکتور ميشوند. در اين قسمت الکترونها باقيمانده انرژي خود را به کلکتور ميدهند که اين امر باعث افزايش دماي کلکتور ميگردد. با توجه به ساختار پيچيدهي کلکتور و وجود مواد مختلف در آن و فرايندهاي مختلف ساخت، تحليل حرارتي کلکتور از اهميت ويژهاي برخوردار است ]2 .[
لامپهاي TWT بر اساس جفت شدن پرتو الكتروني با ميدان RF در ساختار موج آهسته 7(SWS) كار ميكنند. ميدانهاي الكتريكي و مغناطيسي ميبايست درفضاي داخل لامپ با يكديگر موازي باشند و در نتيجه حركت الكترونها خطي و در امتداد محور هليکس است، به همين دليل، اين نوع لامپها را لامپهاي خطي نيز مينامند. از طرف ديگر چون الکترونها در فضاي موج آهسته RF حركت ميكنند، لذا اين لامپها را، لامپهاي موج رونده (TWT) نيز ميگويند ]2 .[
شکل ‏1-1 ساختار يک لامپ TWT ]1 .[

شکل ‏1-2- مسير عبور الکترونها در يک لامپ TWT ]1 .[
1-4-اهداف تحقيق
همانگونه که ذکر شد الکترونها پس از اينکه در الکترونگان توليد شدند، از قسمت مياني سيستم گذشته و وارد قسمت سوم، يعني کلکتور ميگردند. وظيفهي کلکتور جمع آوري اين الکترونهاي پر انرژي بوده، و لذا اين عمل باعث بالا رفتن دماي قسمتهاي مختلف کلکتور ميشود. معمولا براي بالا بردن ظرفيت جذب، سطح کلکتور را به صورت شيبدار طراحي مينمايند تا سطح جذب کنندهي الکترونها افزايش يابد.
با توجه به تحت خلا بودن ساختار داخلي و بالا بودن هدايت حرارتي مواد بکار رفته، انتقال حرارت از سطح داخلي کلکتور به سطوح خارجي، به روش هدايت صورت ميگيرد و از آنجا به وسيله انتقال حرارت جابجايي به محيط داده ميشود.
افزايش دماي کلکتور يکي از عوامل محدود کننده در کارآيي لامپ TWT ميباشد. اگر دماي سطح داخلي کلکتور از دماي ذوب لحيمهاي بکار رفته در کلکتور فراتر رود باعث ذوب شدن لحيمهاي سازه شده و موجب از بين رفتن خلا درون لامپ و در نهايت باعث از کار افتادن کل سيستم ميگردد. بنابراين، اهداف اين پژوهش به صورت زير ارائه ميگردند:
1- بدست آوردن کانتور دما در تمامي اجزا کلکتور يک لامپ 900 وات با هندسه 3 بعدي، با توجه به جنس سراميکهاي بکار رفته در کلکتور، که از برليا، يا آلومينا و يا آلومينيوم نيتريد ميتواند باشد. در تمام حالات فوق دماي مربوط به صفحه کف (بيس) کلکتور 900 وات در دماي 40 و 50 و 70 و 90 درجه سانتيگراد در نظر گرفته ميشود.
2- بدست آوردن کانتور دما در تمامي اجزا کلکتور يک لامپ 3000 وات با هندسه 3 بعدي، با توجه به جنس سراميکهاي بکار رفته در کلکتور، که از برليا و يا آلومينا ميتواند باشد.
3-بررسي و مقايسهي کانتور دما در کلکتور لامپ 3000 وات در حالتي که توان ورودي به صورت ميانگين بر روي سطح داخلي کلکتور پخش شده باشد با حالت اصلي (توان هر قسمت از سطح داخلي کلکتور بر روي همان قسمت وارد شود) در حالتي که جنس سراميکهاي بکار رفته در کلکتور از برليا و يا آلومينا باشد.
4- بدست آوردن کانتور دما در کلکتور 3000 وات در حالتي که علاوه بر سطح زيرين، سطوح جانبي نيز در اثر تماس با مبدل در دماي ثابت نگه داشته شوند، در دو حالت استفاده از آلومينا و برليا.
5- حل گذرا در حالتي که توان ورودي کلکتور 900 وات به طور ناگهاني و به علت نقص در سيستم دو برابر شود.
6- بهينه سازي حرارتي کلکتور با توان 3000 وات از نظر برخورد الکترونها جهت کاهش دما.
فصل دوم

2- مروري بر تحقيقات پيشين
2-1-پيشينه تاريخي
براي درک بهتر موضوع، ضروري است علاوه بر قسمت کلکتور، به تحقيقات انجام شده در مورد کانکتور، هليکس و الکترونگان نيز اشاره نموده و سپس به بررسي کلکتور پرداخته شود.
از ميان تحقيقاتي که تحليل حرارتي کانکتور را در بر ميگيرند، ميتوان به کارهاي Beak و همکاران در سال 2002 اشاره کرد ]3[. هدف اصلي، بررسي و تحليل حرارتي در کانکتور، پيدا کردن داغترين نقطه (hot spot) بطوري که بتوان محل احتمالي وقوع خرابي را پيدا کرد، بوده است. با توجه به تحقيقات به عمل آمده، محل تماس هليکس و کانکتور، که معمولا جوش داده ميشوند، داراي بالاترين دما خواهد بود ]3[.
علاوه بر کانکتور، از ديگر قسمتهاي مهم در TWT، قسمت هليکس ميباشدکه در اين زمينه ميتوان به کارهاي Waldemar و همکاران در سال 2009 اشاره نمود ]4[. نتيجهي تحقيق ايشان، بدست آمدن کانتور دما در ساختار هليکس بوده است.
تحليل حرارتي الکترونگان توسطSharma و همکاران در سال 2009 با استفاده از مشهاي چهار وجهي انجام شده است و توزيع دما در الکترون گان، توسط ايشان بدست آمده است ]5[.
گاهي اوقات به دليل نداشتن اطلاعات کافي از ساير قسمتهاي TWT علاوه بر کلکتور ناچار بودهاند که ساير قسمتها را نيز همزمان مدلسازي نمايند که کار Fong و Hamel در سال 1979 از اين نمونه است ]6[ که در شکل 2-1 نمايش داده شده است.
شکل ‏2-1- مش بندي تمام اجزا لامپ موج رونده ]6[.
ايشان نشان دادند که انجام لحيم8 براي کاهش دادن مقاومتهاي تماسي امري ضروري است اما بايد لحيم به گونهاي انجام شود که با تغيير زياد دما تنشهاي ايجاد شده مشکلي ايجاد نکند ]6[.
Agostino و Paoloni در سال 2000 با استفاده از مش Tetrahedral به تحليل کلکتور پرداختند (شکل 2-2). علت انتخاب اين نوع مش قابليتهاي خوب و انعطاف پذيري بالاي آن براي شکلهاي سه بعدي و پيچيده است، نتيجه تحقيق ايشان بدست آمدن ميزان واگرايي الکترونها در کلکتور بوده است ]7[.
شکل ‏2-2- گريد بندي ]7[.
در قسمت کلکتور سراميکهايي وجود دارد که به علت شکننده بودن، در اثر تنشهاي گرمايي دچار ترک ميشوند. تحليل حرارتي کلکتور به منظور بررسي پوششهاي سراميکي توسط Behnke و همکاران در سال 2008 انجام شده است ]8[.
توزيع دما در اين مجموعه با استفاده از نرم افزار ANSYS در شکل ‏2-3 گزارش شده است که براي اين هندسهي خاص دماي 120 درجه سلسيوس بعنوان ماکزيمم دما بدست آمده است.
شکل ‏2-3 توزيع دما در کلکتور ]8[.
Behnke و همکارانش در سال 2008 متوجه شدند که اگر عمليات لحيم کاري بين قسمتهاي مختلف به خوبي انجام شود مقاومت تماسي بسيار کاهش مييابد. درصورت بالا بودن مقاومت تماسي انتقال حرارت به بيرون کاهش يافته و موجب نقص در کارکرد دستگاه ميشود ]8[.
Guoqiang و Mingming در سال 2008، براي شبيه سازي کلکتور از نرم افزار ANSYS استفاده کردهاند ]9[. در مقالهي ايشان مقاومتهاي تماسي بين قسمتهاي مختلف تشکيل دهندهي کلکتور به خوبي در نظر گرفته شده، همچنين در تحليل عددي مقدار توان بر راستاي طولي کلکتور در شکل ‏2-4 گزارش گرديده است]9[.
از ديگر نتايج اين پژوهش، بازه تغييرات دما در کلکتور، با شرايط مرزي جابجايي آزاد از طريق بدنه بوده است که در شکل ‏2-5 گزارش شده است. همچنين ايشان با توجه به شکل ‏2-5، نمودار توزيع دما را در مقطع خاص در شکل ‏2-6 گزارش نمودند.
شکل ‏2-4- تغييرات توان در راستاي طول کلکتور]9[.
شکل ‏2-5-بازه توزيع دما در کلکتور ]9[.
شکل ‏2-6- توزيع دما در راستاي شعاعي کلکتور]9[.
در شکل 2-5، C و D نقاطي هستند که در آنها مقاومت تماسي وجود دارد. اين مقاومت تماسي سبب شده است که اختلاف دماي قابل توجهي مشاهده گردد. مقاله نامبردگان نشان ميدهد که در مجموع حدود 33 درصد از افزايش دما، نتيجه حضور مقاومت تماسي ميباشد ]9[.
در سال 2008 Mingming و Guoqiang با بهينه کردن هندسهي کلکتور سعي در آسان نمودن خنک کاري آن کردند. در بهينهسازي انجام شده طول مشخصه L را که همان طول تماس سراميکها با پوستهي داخلي است (شکل 2-7) براي بدست آوردن کمترين دما در نقطهي A (مربوط به پوستهي داخلي کلکتور در شکل ‏2-5 ) مورد بررسي قرار دادند.
شکل ‏2-7- طول مشخصه L (پارامتر بهينه سازي) ]9[.
همچنين در شکل ‏2-8 تغييرات دماي حاصل از بهينهسازي طول L را در نقطهي A (مربوط به پوستهي داخلي کلکتور در شکل ‏2-5 ) بدست آوردهاند.
شکل ‏2-8- دماي بهينه شده ]9[.
همانطور که مشاهده ميشود پارامتر L تاثير زيادي بر دماي نقطه A (مربوط به پوستهي داخلي کلکتور) داشته است اما بعد از mm 16 اين تاثير از بين رفته است ]9[.
معمولا در ساختار TWT از سراميکهايي از جنس BeO يا Al2O3 ياALN استفاده ميشود (جهت ايزولاسيون الکتريکي در قسمت کلکتور) که خواص BeO و ALNبهتر از Al2O3 بوده و لذا بررسيهايي در اين زمينه انجام شده است.
Mingming و Guoqiang در سال 2008 افزايش دماي نقطهي A در شکل 5-2 (مربوط به پوستهي داخلي کلکتور) را براي حالاتي که جنس سراميکها از BeO يا ALN باشد، بررسي نمودند (شکل ‏2-9) ]9[.
شکل ‏2-9- دما بر حسب زمان ]9[.
همچنين تاثير استفاده از فينها براي خنک سازي کلکتور نيز توسط Mingming و Guoqiang در سال 2008 بررسي شده است. ايشان بازهي تغييرات دما، در حالتي که روي کلکتور فين به کار برده شده (شکل ‏2-10) و حالتي که کلکتور بدون فين باشد (شکل ‏2-11) را به شرح زير گزارش نمودند ]9[.
شکل ‏2-10- بازه توزيع دما در کلکتور فين دار ]9[.
شکل ‏2-11-توزيع دما در کلکتور بدون فين]9[.
مشاهده ميشود که حضور فينها سبب شده است که دما از 402 به 347 درجه سانتيگراد برسد]9[. از آنجا که اندازه مجموعهي TWT کوچک ميباشد لذا مقدار توان توليدي بر واحد حجم و سطح بسيار بالا خواهد بود. اين امر اهميت تحليل حرارتي و همچنين خنککاري را دو چندان ميکند. در مقالهLie-Ming و همکاران روشهاي مختلف خنک کاري بر اساس تغيير شرايط مرزي مورد مطالعه قرار گرفته است ]10[.
لازم به ذکر است که در بررسي عملکرد حرارتي کلکتور دو ديدگاه مختلف در نظر گرفته ميشود : يکي اينکه توان وارد شده بر کلکتور به صورت ميانگين در نظر گرفته شود و ديگر اينکه توان ورودي بر هر قسمت بطور دقيقتر محاسبه و اعمال گردد. براي تحليل دقيقتر مساله ميتوان از روش دوم استفاده نمود، اما زماني که بخواهند روشهاي مختلف خنکسازي را با يکديگر مقايسه کنند استفاده از روش توان ميانگين بصرفهتر ميباشد ]10[.
Lie-Ming و همکاران در سال 2006 بازه تغييرات دمايي کارکرد کلکتور را در حالت توان ميانگين محاسبه کردند و در اين حالت دماي ماکزيمم در کلکتور را 156 درجه سانتيگراد گزارش نمودند ]10[.
ايشان بازه تغييرات دماي بدست آمده در حالت توان ورودي واقعي را نيز محاسبه نمودند و در اين حالت دماي ماکزيمم در کلکتور را 143 درجه سانتيگراد گزارش نمودند]10[. هدف اصلي در اين خنک سازي، بالا بردن توان ورودي به کلکتور، به گونهاي که دماي ماکزيمم از 235 درجه سانتيگراد فراتر نرود، بوده است.Lie-Ming و همکاران در سال 2006 در تمام حالات بررسي شده ميزان گرماي خروجي از سيستم را هم محاسبه نمودند ]10[.
جدول 2-1 خلاصه نتايج بدست آمده توسط ايشان را بيان ميکند.
جدول ‏2-1 توان تلف شده در کلکتور TWT با روشهاي خنککاري متفاوت ]10[.
همانگونه که در جدول 2-1 مشاهده ميشود، دماي حداکثر، در شرايط مرزي، از 235 درجه سانتيگراد تجاوز نميکند.
Damacharla در سال 2010 تحليل حرارتي کلکتورهاي چند مرحله اي را با استفاده از نرم افزار ANSYS ]11[، انجام داده است ]12[. همچنين ايشان براي مش بندي از نرم افزار ICEM استفاده کرده است. Petillo و همکاران در سال 2002 نيز تحليلهاي الکتريکي TWT را توسط نرم افزار michelle انجام دادند ]13[.
از ميان انواع TWT ،خنک سازي مدل هايي که کاربرد فضايي دارند دشوارتر است چرا که امکان خنک سازي به روش جابجايي در خارج از جو و در خلا وجود ندارد. در واقع يک ساختار radiative بايد خنککاري لازم را تامين نمايد. اين ساختار بر روي کلکتور نصب ميگردد تا قسمت اعظم حرارت از طريق تابش بيرون رود. باقيمانده حرارت از طريق هدايت وارد فضاپيما ميشود. Kaliski در سال 2003 تحليلي با هدف مينيمم کردن هدايت به داخل سفينه انجام داده است ]14[.
Sartre وLallemand در سال 2001 مکانيزمهاي مختلفي را که براي کاهش مقاومت تماسي بکار ميروند بررسي کردند. براي اين منظور علاوه بر گريسها از مواد ديگري نيز از جمله coating استفاده ميشود، اما معمولا گريس هاي رسانا داراي بازدهي بيشتري هستند ]15[.
با توجه به تحقيقات انجام شدهي فوق، هدف از پژوهش حاضر، بدست آوردن توزيع دما در دو کلکتور، با توانهاي 900 وات و 3000 وات ميباشد؛ هندسه اين کالکتورها منحصر به فرد بوده و با تحليل حرارتي اين کلکتورها (که براي اولين بار صورت ميگيرد) امکان ساخت کلکتور 3000 وات براي اولين بار در کشور فراهم خواهد شد. ابتدا تحليل حرارتي بر روي کلکتور 900 وات که امکان اعتبار سنجي بر اساس آن وجود دارد صورت ميگيرد و سپس کلکتور 3000 وات تحليل حرارتي ميگردد.
فصل سوم

3- روش انجام تحقيق
3-1- مقدمه
مطالعات نظري امکان بهرهگيري از نتايج مدل رياضي را فراهم ميکند و در مقايسه با مطالعات تجربي پراستفاده و پرکاربردتر است. مدل رياضي مربوط به فرآيندهاي فيزيکي مورد نظر در انتقال حرارت جابجايي آزاد و اجباري اصولا از يک سري معادلات ديفرانسيل تشکيل شده است و براي حل اين معادلات، روشهاي موجود در رياضي کلاسيک در مورد بسياري از پديدهها به صورت کامل پاسخگو نيست زيرا اغلب پاسخها شامل سريهاي نامحدود، توابع خاص، معادلات غير جبري، مقادير ويژه و … ميباشند، به طوريکه بدست آوردن جواب از آن کار سادهاي نيست. خوشبختانه، توسعه روشهاي عددي و در دسترس بودن پردازشگرهاي بزرگ اين اطمينان را به وجود آورده است که تقريبا براي هر مسأله عملي ميتوان از مفاهيم يک مدل رياضي استفاده کرد.
3-2- امتيازات محاسبات تئوري
مهمترين شاخصه يک مطالعه عددي، کم هزينه بودن يک مطالعه است. در بيشتر موارد، هزينه استفاده از يک نرمافزار به مراتب کمتر از مخارج انجام آن مطالعه در آزمايشگاه ميباشد. اين عامل در هنگام پيچيدگي و گستردگي فيزيک مسأله از اهميت بيشتري برخوردار است.
يکي ديگر از شاخصههاي يک مطالعه عددي، صرف زمان کمتر جهت رسيدن به جواب نسبت به يک تحقيق آزمايشگاهي مشابه است. به اين معني که يک تحقيق محاسبهاي ميتواند با سرعت قابل ملاحظهاي انجام شود. طراح ميتواند مفاهيم صدها ترکيب از حالتهاي مختلف را مطالعه کرده و طرح بهينه را انتخاب نمايد.
از ديگر امتيازات مطالعه عددي نسبت به يک مطالعه آزمايشگاهي در کنترل بودن شرايط ميباشد. براي حل يک مسئله از طريق کامپيوتر ميتوان کليه اطلاعات و جزئيات لازم را بدست آورد و به مقادير تمام متغيرهاي مربوط (مانند درجه حرارت،) در سراسر حوزه مورد علاقه دست يافت. در حالي که برخلاف شرايط نامطلوبي که ممکن است در تحقيق آزمايشگاهي پيش آيد، مکانهاي غير قابل دسترس در يک کار محاسباتي اندک ميباشد. بنابرين حتي در زمان انجام يک کار آزمايشگاهي تکميل اطلاعات همزمان از طريق مطالعه عددي ميتواند سودمندتر باشد.


پاسخ دهید