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 سنجی106
5-6-نتایج حاصل از شبیه سازی نمونه شماره 2 در نرم افزار CFX108
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 نیکل125
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 گیری127
5-8-پیشنهادات129
6-مراجع………………………………………………………………………….130
فهرست جدولها
عنوان و شماره صفحه
جدول 2-1 توان تلف شده در کلکتور TWT با روشهای خنککاری متفاوت ……………………. 16
جدول ‏11 بررسی استقلال از شبکه نمونه شماره 1……………………………………………………………….45
جدول ‏12 بررسی استقلال از شبکه نمونه شماره 2……………………………………………………………….45
جدول 5-3 حالات حل شده در حلگر cfx……………………………………………………………………………51
جدول 5-4 دمای ماکزیمم کلکتور در حالات مختلف…………………………………………………………..128
فهرست شکلها
عنوان صفحه
شکل ‏11 ساختار یک لامپ TWT ]1 .[4
شکل ‏12- مسیر عبور الکترونها در یک لامپ TWT ]1 .[4
شکل ‏21- مش بندی تمام اجزا لامپ موج رونده ]6[.10
شکل ‏22- گرید بندی ]7[.10
شکل ‏23 توزیع دما در کلکتور ]8[.11
شکل ‏24- تغییرات توان در راستای طول کلکتور]9[.12
شکل ‏25-بازه توزیع دما در کلکتور ]9[.12
شکل ‏26- توزیع دما در راستای شعاعی کلکتور]9[.12
شکل ‏27- طول مشخصه L (پارامتر بهینه سازی) ]9[.13
شکل ‏28- دمای بهینه شده ]9[.13
شکل ‏29- دما بر حسب زمان ]9[.14
شکل ‏210- بازه توزیع دما در کلکتور فین دار ]9[.15
شکل ‏211-توزیع دما در کلکتور بدون فین]9[.15
شکل ‏31- طراحی کلکتور24
شکل ‏32- نمای سه بعدی کلکتور25
شکل ‏33- پایه خنک کننده مربوط به کلکتور25
شکل ‏34- نمای روبروی کلکتور و پایه ی آن26
شکل ‏35- چهارنمای کلکتور26
شکل ‏36- پوسته خارجی کلکتور26
شکل ‏37-سرامیک جدا کننده پوسته داخلی و خارجی27
شکل ‏38- نحوه قرار گیری سرامیک ها در کلکتور27
شکل ‏39-پوسته داخلی کلکتور28
شکل ‏310- نحوه قرارگیری پوسته داخلی28
شکل ‏311 حلقه ی ابتدایی29
شکل ‏312 حلقه ی انتهایی29
شکل ‏313- قسمت انتهایی سیستم از جنس آلومینا29
شکل ‏314: برش طولی از کلکتور به همراه اجزاء آن.30
شکل ‏315: توزیع توان حاصل از برخورد الکترونها به بدنه داخلی کلکتور900 وات.31
شکل ‏316- نمای سه بعدی از مش بندی31
شکل ‏317 نمای مش بندی از بالا32
شکل ‏41 تغییرات ضریب هدایت آلومینا با دما38
شکل ‏42 توان ورودی و خروجی به لامپ39
شکل ‏51- نمای کناری خط شماره ی 147
شکل ‏52-نمای روبروی خط شماره ی 147
شکل ‏53- نمای کناری خط شماره 248
شکل ‏54- نمای روبرو از خط شماره 248
شکل ‏55-نمای روبرو از خط شماره 349
شکل ‏56- نمای سه بعدی از خط شماره 349
شکل ‏57- نمای کناری خط شماره 349
شکل ‏58- صفحه عرضی50
شکل ‏59- صفحه طولی50
شکل ‏510- محل برخورد الکترونها در کلکتور 900 وات با دیپرس51
شکل ‏511- محل برخورد الکترونها در کلکتور 900 وات بدون دیپرس51
شکل ‏512- محل برخورد الکترونها در کلکتور 3000 وات با دیپرس52
شکل ‏513 توزیع دما در صفحه عرضی در حالت 154
شکل ‏514-توزیع دما در صفحه طولی در حالت 155
شکل ‏515 دمای پوسته داخلی در حالت 155
شکل ‏516 توزیع دما بر خط 1 در حالت 156
شکل ‏517 توزیع دما بر خط 3 در حالت 156
شکل ‏518توزیع دما در خطوط 1 و 3 در حالت 157
شکل ‏519 توزیع دما در صفحه طولی در حالت 257
شکل ‏520 توزیع دما در صفحه عرضی در حالت 258
شکل ‏521 توزیع دما در حالت 258
شکل ‏522 نمای سه گانه در حالت 259
شکل ‏523 نمودار های توزیع دما در خطوط 1 و 3 در حالت 260
شکل ‏524 توزیع دما بر صفحات عرضی در حالت 360
شکل ‏525- کانتور دما در صفحه عرضی در حالت 361
شکل ‏526 کانتور دما در صفحه طولی در حالت 361
شکل ‏527 توزیع دمای چهارکانه در حالت 362
شکل ‏528 توزیع دما بر روی خط شماره 1 در حالت 362
شکل ‏529 توزیع دما را بر روی خط شماره 3 در حالت 363
شکل ‏530 خط شماره 463
شکل ‏531 توزیع دما در خط شماره 4 در حالت 363
شکل ‏532 توزیع دما در خطوط 1 و 3 و 4 در حالت 364
شکل ‏533 توزیع دما در صفحه عرضی در حالت 465
شکل ‏534 کانتور دما در صفحه ی طولی کلکتور در حالت 465
شکل ‏535 کانتور سه نمای در حالت 466
شکل ‏536 توزیع دما در خط شماره 1 و 3 و 4 در حالت 466
شکل ‏537 توزیع دما در صفحه عرضی در حالت 567
شکل ‏538 توزیع دما بر خطوط 1و 3 و 4 در حالت 567
شکل ‏539 کانتور دما در صفحه عرضی در حالت 668
شکل ‏540 کانتور دما در صفحه عرضی در حالت 669
شکل ‏541 توزیع دما در پوسته خارجی در حالت 670
شکل ‏542 کانتور دمای پوسته ی داخلی و سطح پایین سرامیک بالایی در حالت 670
شکل ‏543 توزیع دما روی خط 1 در حالت 671
شکل ‏545 کانتور دما در صفحه ی عمود بر محور کلکتور در حالت 772
شکل ‏546 کانتور دما بر روی صفحه ی طولی در حالت 772
شکل‏547 توزیع دما در خط 1 در حالت 773
شکل ‏548 توزیع دما در خط شماره 3 در حالت 773
شکل ‏549 کانتور دما در صفحه ی عمود بر محور کلکتور در حالت 874
شکل ‏550 کانتور دما در راستای طولی در حالت 875
شکل ‏551 توزیع دما در خط 1 در حالت 875
شکل ‏552 توزیع دما در خط 3 در حالت 876
شکل ‏553 کانتور دما در صفحه ی عمود بر محور کلکتور در حالت 976
شکل ‏554 کانتور دما را راستای طول کلکتور در حالت 977
شکل ‏555 توزیع دما بر روی خط 1 در حالت 977
شکل ‏556 توزیع دما بر روی خط 3 در حالت 978
شکل ‏557 کانتور دما بر روی پوسته ی داخلی در حالت 978
شکل ‏558 کانتور دما در صفحه عرضی در حالت 1079
شکل ‏559 کانتور دما در صفحه طولی در حالت 1080
شکل ‏560 کانتور دما در پوسته ی داخلی در حالت 1080
شکل ‏561 کانتور دما در پوسته ی خارجی در حالت 1081
شکل ‏562 کانتور دما روی صفحه ی عرضی در حالت 1182
شکل ‏563 کانتور دما در صفحه ی طولی در حالت 1182
شکل ‏564 کانتور دما بر روی سطح بالایی سرامیک بالایی در حالت 1183
شکل ‏565 توزیع دما در خط شماره 1 در حالت 1183
شکل ‏566 کانتور دما در صفحه ی طولی در حالت 1284
شکل ‏567 کانتور دما از نمای روبروی کلکتور و پوسته ی خارجی در حالت 1284
شکل ‏568 کانتور دمای سرامیک بالایی (نمای بالا) در حالت 1285
شکل ‏569 کانتور دما بر روی صفحه ی انتهایی کلکتور در حالت 1285
شکل ‏570 نمودار توزیع دما بر روی خط شماره 1 در حالت 1286
شکل ‏571 کانتور دما در صفحه ی طولی در حالت 1386
شکل ‏572 توزیع دما بر روی قسمت شیب دار انتهایی کلکتور در حالت 1387
شکل ‏573 کانتور های دمایی در حالت 1387
شکل ‏574 کانتور دما در نمای بالا در حالت 1388
شکل ‏575 کانتور دما بر روی پوسته ی خارجی و قسمت شیب دار در حالت 1388
شکل ‏576 کانتورهای دما بر روی صفحات مختلف در حالت 1489
شکل ‏577 کانتور دما در راستای طولی در حالت 1489
شکل ‏578 کانتور دما بر روی پوسته ی داخلی در حالت 1490
شکل ‏579 کانتور دما در پوسته ی خارجی در حالت 1490
شکل ‏580 توزیع دما بر روی خطوط 1 و 3 در حالت 1491
شکل ‏581 کانتور دما در صفحه ی عمود بر محور کلکتور در حالت 1592
شکل ‏582 کانتور دما در صفحه ی طولی در حالت 1592
شکل ‏583 کانتور دما بر روی صفحه ی مورب انتهایی کلکتور در حالت 1593
شکل ‏584 کانتور دما در پوست ی خارجی در حالت 1593
شکل ‏585 توزیع دما در خط شماره 1 در حالت 1594
شکل ‏586 توزیع دما در خط شماره 2 (خط عمودی) در حالت 1594
شکل ‏587 توزیع دما در خط شماره 3 در حالت 1594
شکل ‏588 کانتور دما در صفحه طولی در حالت 1695
شکل ‏589 کانتور دما در صفحه طولی در حالت 1695
شکل ‏590نمای دوگانه در حالت 1696
شکل ‏591 توزیع دما در خط شماره 3 (مورب) در حالت 1697
شکل ‏592کانتور دمای حجمی در حالت 1697
شکل ‏593 کانتور دما بر صفحه طولی در حالت 1798
شکل ‏594 کانتور دما بر صفحه طولی در حالت 1799
شکل ‏595 کانتور دما بر روی صفحات عرضی در حالت 1799
شکل ‏596 کانتور دما در نمای بالا در حالت 17100
شکل ‏597 نمودار توزیع دما در راستای طولی سرامیک بالایی در حالت 17100
شکل ‏598 کانتور دما در صفحه عرضی در حالت 18101
شکل ‏599 کانتور دما در صفحه طولی بدون دیپرس در حالت 18101
شکل ‏5100 شرایط اولیه103
شکل ‏5101 کانتور دما در صفحه طولی در 3.2 ثانیه104
شکل ‏5102 کانتور دما در صفحه طولی در 12.8 ثانیه104
شکل ‏5103 کانتور دما در صفحه طولی در 20.8 ثانیه104
شکل ‏5104 کانتور دما در صفحه طولی در 35 ثانیه105
شکل ‏5105 نمای سه بعدی از کلکتور و خط عبورکننده از سرامیک بالایی105
شکل ‏5106 توزیع دما بر راستای طولی سرامیک بالایی106
شکل ‏5107 اعتبار سنجی106
شکل ‏5108 نمای سه بعدی خط ماکزیمم دما107
شکل ‏5109 نمای روبروی خط ماکزیمم دما107
شکل ‏5110 نمای کناری خط ماکزیمم دما107
شکل ‏5111 کانتور دما در صفحه طولی در حالت 20108
شکل ‏5112 کانتور دما در صفحه طولی در حالت 20108

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب(به صورت کاملا تصادفی و به صورت نمونه) 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-این مطالب صرفا برای دمو می باشد

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

اینجا کلیک کنید

شکل ‏5113 کانتور دما در صفحه طولی در حالت 21109
شکل ‏5114 کانتور دما در صفحه عرضی ماکزیمم دما در حالت 21110
شکل ‏5115 توزیع دما بر روی خط ماکزیمم دما در حالت 21110
شکل ‏5116 کانتور دما در صفحه طولی در حالت 22111
شکل ‏5117 توزیع دما بر خط ماکزیمم دما در حالت 22111
شکل ‏5118 کانتور دما در صفحه طولی در حالت 23112

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

شکل ‏5119 توزیع دما در خط ماکزیمم دما در حالت 23113
شکل ‏5120 کانتور دما در صفحه ماکزیمم دما در حالت 24113
شکل ‏5121 کانتور دما در صفحه طولی در حالت 24114
شکل ‏5122 کانتور دما در صفحه طولی در حالت 25115
شکل ‏5123 توزیع دما بر خط ماکزیمم دما در حالت 25115
شکل ‏5124 توزیع دما در پوسته داخلی، سرامیک ها و حلقه ی ابتدایی در حالت 25116
شکل ‏5125 کانتور دما در صفحه طولی در حالت 26116
شکل ‏5126 کانتور دما در صفحه ماکزیمم دما در حالت 26117
شکل ‏5127 توزیع دما بر روی خط ماکزیمم دما در حالت 26117
شکل ‏5128 کانتور دما در صفحه طولی در حالت 27118
شکل ‏5129 کانتور دما در سرامیکها و پوسته داخلی در حالت 27119
شکل ‏5130 کانتور دما در صفحه طولی با مبدل سه وجهی در حالت 28120
شکل ‏5131 کانتور دما در سرامیکها، پوسته داخلی و حلقه ابتدایی در حالت 28120
شکل ‏5132 کانتور دما در صفحه طولی با مقاومت تماسی اندک121
شکل ‏5133 کانتور دما در راستای طولی کلکتور در حالت 30122
شکل ‏5134 کانتور دما در صفحه ماکزیمم دما در حالت 30122
شکل ‏5135 کانتور دما در صفحه ماکزیمم دما بدون تابش124
شکل ‏5136 کانتور دما با در نظر گرفتن تابش124
شکل ‏5137 کانتور دما با در نظر گرفتن پوشش نیکل(کوتینگ)125
شکل ‏5138 کانتور دمای بهینه شده126
شکل ‏5139 دمای ماکزیمم کلکتور در حالات مختلف128
فصل اول

1- مقدمه
1-1-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 مایکروویو
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 مایکروویو فقط عمل تقویت را انجام میدهند، مانند TWT و کلایسترون، و برخی دیگر مانند مگنترون، عمل تولید و تقویت سیگنال را همزمان به عهده دارند ]1 .[

1-3- لامپ 5 TWT
این لامپ از سه قسمت اصلی؛ تفنگ الکترونی، ساختار موج آهسته و کلکتور تشکیل شده است (شکل ‏11). 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 6RF 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 الکترونی با میدان RF در ساختار موج آهسته 7(SWS) کار میکنند. میدانهای الکتریکی و مغناطیسی میبایست درفضای داخل لامپ با یکدیگر موازی باشند و در نتیجه حرکت الکترونها 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 حرکت میکنند، لذا این لامپها را، لامپهای موج رونده (TWT) نیز میگویند ]2 .[
شکل ‏11 ساختار یک لامپ TWT ]1 .[

شکل ‏12- 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.
6- بهینه سازی حرارتی کلکتور با توان 3000 وات از نظر برخورد الکترونها جهت کاهش دما.
فصل دوم

2- مروری بر تحقیقات پیشین
2-1-پیشینه تاریخی
برای درک بهتر موضوع، ضروری است علاوه بر قسمت کلکتور، به تحقیقات انجام شده در مورد کانکتور، هلیکس و الکترونگان نیز اشاره نموده و سپس به بررسی کلکتور پرداخته شود.
از میان تحقیقاتی که تحلیل حرارتی کانکتور را در بر میگیرند، میتوان به کارهای Beak و همکاران در سال 2002 اشاره کرد ]3[. هدف اصلی، بررسی و تحلیل حرارتی در کانکتور، پیدا کردن داغترین نقطه (hot spot) بطوری که بتوان محل احتمالی وقوع خرابی را پیدا کرد، بوده است. با توجه به تحقیقات به عمل آمده، محل تماس هلیکس و کانکتور، که معمولا جوش داده میشوند، دارای بالاترین دما خواهد بود ]3[.

علاوه بر کانکتور، از دیگر قسمتهای مهم در TWT، قسمت هلیکس میباشدکه در این زمینه میتوان به کارهای Waldemar و همکاران در سال 2009 اشاره نمود ]4[. نتیجهی تحقیق ایشان، بدست آمدن کانتور دما در ساختار هلیکس بوده است.
تحلیل حرارتی الکترونگان توسطSharma و همکاران در سال 2009 با استفاده از مشهای چهار وجهی انجام شده است و توزیع دما در الکترون گان، توسط ایشان بدست آمده است ]5[.
گاهی اوقات به دلیل نداشتن اطلاعات کافی از سایر قسمتهای TWT علاوه بر کلکتور ناچار بودهاند که سایر قسمتها را نیز همزمان مدلسازی نمایند که کار Fong و Hamel در سال 1979 از این نمونه است ]6[ که در شکل 2-1 نمایش داده شده است.
شکل ‏21- مش بندی تمام اجزا لامپ موج رونده ]6[.
ایشان نشان دادند که انجام لحیم8 برای کاهش دادن مقاومتهای تماسی امری ضروری است اما باید لحیم به گونهای انجام شود که با تغییر زیاد دما تنشهای ایجاد شده مشکلی ایجاد نکند ]6[.
Agostino و Paoloni در سال 2000 با استفاده از مش Tetrahedral به تحلیل کلکتور پرداختند (شکل 2-2). علت انتخاب این نوع مش قابلیتهای خوب و انعطاف پذیری بالای آن برای شکلهای سه بعدی و پیچیده است، نتیجه تحقیق ایشان بدست آمدن میزان واگرایی الکترونها در کلکتور بوده است ]7[.
شکل ‏22- گرید بندی ]7[.
در قسمت کلکتور سرامیکهایی وجود دارد که به علت شکننده بودن، در اثر تنشهای گرمایی دچار ترک میشوند. تحلیل حرارتی کلکتور به منظور بررسی پوششهای سرامیکی توسط Behnke و همکاران در سال 2008 انجام شده است ]8[.
توزیع دما در این مجموعه با استفاده از نرم افزار ANSYS در شکل ‏23 گزارش شده است که برای این هندسهی خاص دمای 120 درجه سلسیوس بعنوان ماکزیمم دما بدست آمده است.
شکل ‏23 توزیع دما در کلکتور ]8[.
Behnke و همکارانش در سال 2008 متوجه شدند که اگر عملیات لحیم کاری بین قسمتهای مختلف به خوبی انجام شود مقاومت تماسی بسیار کاهش مییابد. درصورت بالا بودن مقاومت تماسی انتقال حرارت به بیرون کاهش یافته و موجب نقص در کارکرد دستگاه میشود ]8[.
Guoqiang و Mingming در سال 2008، برای شبیه سازی کلکتور از نرم افزار ANSYS استفاده کردهاند ]9[. در مقالهی ایشان مقاومتهای تماسی بین قسمتهای مختلف تشکیل دهندهی کلکتور به خوبی در نظر گرفته شده، همچنین در تحلیل عددی مقدار توان بر راستای طولی کلکتور در شکل ‏24 گزارش گردیده است]9[.
از دیگر نتایج این پژوهش، بازه تغییرات دما در کلکتور، با شرایط مرزی جابجایی آزاد از طریق بدنه بوده است که در شکل ‏25 گزارش شده است. همچنین ایشان با توجه به شکل ‏25، نمودار توزیع دما را در مقطع خاص در شکل ‏26 گزارش نمودند.
شکل ‏24- تغییرات توان در راستای طول کلکتور]9[.
شکل ‏25-بازه توزیع دما در کلکتور ]9[.
شکل ‏26- توزیع دما در راستای شعاعی کلکتور]9[.
در شکل 2-5، C و D نقاطی هستند که در آنها مقاومت تماسی وجود دارد. این مقاومت تماسی سبب شده است که اختلاف دمای قابل توجهی مشاهده گردد. مقاله نامبردگان نشان میدهد که در مجموع حدود 33 درصد از افزایش دما، نتیجه حضور مقاومت تماسی میباشد ]9[.
در سال 2008 Mingming و Guoqiang با بهینه کردن هندسهی کلکتور سعی در آسان نمودن خنک کاری آن کردند. در بهینهسازی انجام شده طول مشخصه L را که همان طول تماس سرامیکها با پوستهی داخلی است (شکل 2-7) برای بدست آوردن کمترین دما در نقطهی A (مربوط به پوستهی داخلی کلکتور در شکل ‏25 ) مورد بررسی قرار دادند.
شکل ‏27- طول مشخصه L (پارامتر بهینه سازی) ]9[.
همچنین در شکل ‏28 تغییرات دمای حاصل از بهینهسازی طول L را در نقطهی A (مربوط به پوستهی داخلی کلکتور در شکل ‏25 ) بدست آوردهاند.
شکل ‏28- دمای بهینه شده ]9[.
همانطور که مشاهده میشود پارامتر L تاثیر زیادی بر دمای نقطه A (مربوط به پوستهی داخلی کلکتور) داشته است اما بعد از mm 16 این تاثیر از بین رفته است ]9[.
معمولا در ساختار TWT از سرامیکهایی از جنس BeO یا Al2O3 یاALN استفاده میشود (جهت ایزولاسیون الکتریکی در قسمت کلکتور) که خواص BeO و ALNبهتر از Al2O3 بوده و لذا بررسیهایی در این زمینه انجام شده است.
Mingming و Guoqiang در سال 2008 افزایش دمای نقطهی A در شکل 5-2 (مربوط به پوستهی داخلی کلکتور) را برای حالاتی که جنس سرامیکها از BeO یا ALN باشد، بررسی نمودند (شکل ‏29) ]9[.
شکل ‏29- دما بر حسب زمان ]9[.
همچنین تاثیر استفاده از فینها برای خنک سازی کلکتور نیز توسط Mingming و Guoqiang در سال 2008 بررسی شده است. ایشان بازهی تغییرات دما، در حالتی که روی کلکتور فین به کار برده شده (شکل ‏210) و حالتی که کلکتور بدون فین باشد (شکل ‏211) را به شرح زیر گزارش نمودند ]9[.
شکل ‏210- بازه توزیع دما در کلکتور فین دار ]9[.
شکل ‏211-توزیع دما در کلکتور بدون فین]9[.
مشاهده میشود که حضور فینها سبب شده است که دما از 402 به 347 درجه سانتیگراد برسد]9[. از آنجا که اندازه مجموعهی TWT کوچک میباشد لذا مقدار توان تولیدی بر واحد حجم و سطح بسیار بالا خواهد بود. این امر اهمیت تحلیل حرارتی و همچنین خنککاری را دو چندان میکند. در مقالهLie-Ming و همکاران روشهای مختلف خنک کاری بر اساس تغییر شرایط مرزی مورد مطالعه قرار گرفته است ]10[.
لازم به ذکر است که در بررسی عملکرد حرارتی کلکتور دو دیدگاه مختلف در نظر گرفته میشود : یکی اینکه توان وارد شده بر کلکتور به صورت میانگین در نظر گرفته شود و دیگر اینکه توان ورودی بر هر قسمت بطور دقیقتر محاسبه و اعمال گردد. برای تحلیل دقیقتر مساله میتوان از روش دوم استفاده نمود، اما زمانی که بخواهند روشهای مختلف خنکسازی را با یکدیگر مقایسه کنند استفاده از روش توان میانگین بصرفهتر میباشد ]10[.
Lie-Ming و همکاران در سال 2006 بازه تغییرات دمایی کارکرد کلکتور را در حالت توان میانگین محاسبه کردند و در این حالت دمای ماکزیمم در کلکتور را 156 درجه سانتیگراد گزارش نمودند ]10[.
ایشان بازه تغییرات دمای بدست آمده در حالت توان ورودی واقعی را نیز محاسبه نمودند و در این حالت دمای ماکزیمم در کلکتور را 143 درجه سانتیگراد گزارش نمودند]10[. هدف اصلی در این خنک سازی، بالا بردن توان ورودی به کلکتور، به گونهای که دمای ماکزیمم از 235 درجه سانتیگراد فراتر نرود، بوده است.Lie-Ming و همکاران در سال 2006 در تمام حالات بررسی شده میزان گرمای خروجی از سیستم را هم محاسبه نمودند ]10[.
جدول 2-1 خلاصه نتایج بدست آمده توسط ایشان را بیان میکند.
جدول ‏21 توان تلف شده در کلکتور TWT با روشهای خنککاری متفاوت ]10[.
همانگونه که در جدول 2-1 مشاهده میشود، دمای حداکثر، در شرایط مرزی، از 235 درجه سانتیگراد تجاوز نمیکند.
Damacharla در سال 2010 تحلیل حرارتی کلکتورهای چند مرحله ای را با استفاده از نرم افزار ANSYS ]11[، انجام داده است ]12[. همچنین ایشان برای مش بندی از نرم افزار ICEM استفاده کرده است. Petillo و همکاران در سال 2002 نیز تحلیلهای الکتریکی TWT را توسط نرم افزار michelle انجام دادند ]13[.
از میان انواع TWT ،خنک سازی مدل هایی که کاربرد فضایی دارند دشوارتر است چرا که امکان خنک سازی به روش جابجایی در خارج از جو و در خلا وجود ندارد. در واقع یک ساختار radiative باید خنککاری لازم را تامین نماید. این ساختار بر روی کلکتور نصب میگردد تا قسمت اعظم حرارت از طریق تابش بیرون رود. باقیمانده حرارت از طریق هدایت وارد فضاپیما میشود. Kaliski در سال 2003 تحلیلی با هدف مینیمم کردن هدایت به داخل سفینه انجام داده است ]14[.
Sartre وLallemand در سال 2001 مکانیزمهای مختلفی را که برای کاهش مقاومت تماسی بکار میروند بررسی کردند. برای این منظور علاوه بر گریسها از مواد دیگری نیز از جمله coating استفاده میشود، اما معمولا گریس های رسانا دارای بازدهی بیشتری هستند ]15[.
با توجه به تحقیقات انجام شدهی فوق، هدف از پژوهش حاضر، بدست آوردن توزیع دما در دو کلکتور، با توانهای 900 وات و 3000 وات میباشد؛ هندسه این کالکتورها منحصر به فرد بوده و با تحلیل حرارتی این کلکتورها (که برای اولین بار صورت میگیرد) امکان ساخت کلکتور 3000 وات برای اولین بار در کشور فراهم خواهد شد. ابتدا تحلیل حرارتی بر روی کلکتور 900 وات که امکان اعتبار سنجی بر اساس آن وجود دارد صورت میگیرد و سپس کلکتور 3000 وات تحلیل حرارتی میگردد.
فصل سوم

3- روش انجام تحقیق
3-1- مقدمه
مطالعات نظری امکان بهرهگیری از نتایج مدل ریاضی را فراهم میکند و در مقایسه با مطالعات تجربی پراستفاده و پرکاربردتر است. مدل ریاضی مربوط به فرآیندهای فیزیکی مورد نظر در انتقال حرارت جابجایی آزاد و اجباری اصولا از یک سری معادلات دیفرانسیل تشکیل شده است و برای حل این معادلات، روشهای موجود در ریاضی کلاسیک در مورد بسیاری از پدیدهها به صورت کامل پاسخگو نیست زیرا اغلب پاسخها شامل سریهای نامحدود، توابع خاص، معادلات غیر جبری، مقادیر ویژه و … میباشند، به طوریکه بدست آوردن جواب از آن کار سادهای نیست. خوشبختانه، توسعه روشهای عددی و در دسترس بودن پردازشگرهای بزرگ این اطمینان را به وجود آورده است که تقریبا برای هر مسأله عملی میتوان از مفاهیم یک مدل ریاضی استفاده کرد.
3-2- امتیازات محاسبات تئوری
مهمترین شاخصه یک مطالعه عددی، کم هزینه بودن یک مطالعه است. در بیشتر موارد، هزینه استفاده از یک نرمافزار به مراتب کمتر از مخارج انجام آن مطالعه در آزمایشگاه میباشد. این عامل در هنگام پیچیدگی و گستردگی فیزیک مسأله از اهمیت بیشتری برخوردار است.
یکی دیگر از شاخصههای یک مطالعه عددی، صرف زمان کمتر جهت رسیدن به جواب نسبت به یک تحقیق آزمایشگاهی مشابه است. به این معنی که یک تحقیق محاسبهای میتواند با سرعت قابل ملاحظهای انجام شود. طراح میتواند مفاهیم صدها ترکیب از حالتهای مختلف را مطالعه کرده و طرح بهینه را انتخاب نماید.
از دیگر امتیازات مطالعه عددی نسبت به یک مطالعه آزمایشگاهی در کنترل بودن شرایط میباشد. برای حل یک مسئله از طریق کامپیوتر میتوان کلیه اطلاعات و جزئیات لازم را بدست آورد و به مقادیر تمام متغیرهای مربوط (مانند درجه حرارت،) در سراسر حوزه مورد علاقه دست یافت. در حالی که برخلاف شرایط نامطلوبی که ممکن است در تحقیق آزمایشگاهی پیش آید، مکانهای غیر قابل دسترس در یک کار محاسباتی اندک میباشد. بنابرین حتی در زمان انجام یک کار آزمایشگاهی تکمیل اطلاعات همزمان از طریق مطالعه عددی میتواند سودمندتر باشد.
با توجه به این که در یک محاسبه تئوری شرایط واقعی میتواند به آسانی شبیهسازی شود، نیازی به استفاده از مدلهای با مقیاس کوچک نمیباشد. برای یک برنامه کامپیوتری داشتن ابعاد هندسی بسیار بزرگ یا کوچک، به کار بردن درجه حرارت خیلی کم یا خیلی زیاد، استفاده از مواد سمی یا قابل اشتعال، دنبال کردن فرآیندهای بسیار سریع یا بسیار آهسته مشکل چندانی را ایجاد نمیکند.
گاهی اوقات یک تحقیق به جای پرداختن به بررسی پیچیده مهندسی صرفا به مطالعه پایهای یک پدیده میپردازد. یعنی محقق توجه خود را به تعداد کمی از پارامترهای اصلی معطوف نموده و دیگر جنبههای پدیده را نادیده میگیرد. بدین ترتیب، شرایط ایدهآل زیادی ممکن است به عنوان شرایط مطلوب مورد ملاحظه قرار بگیرد. به عنوان مثال میتوان به دو بعدی بودن، ثابت بودن جرم مخصوص، وجود یک سطح آدیاباتیک، یا داشتن نرخ نامحدود فعل و انفعال اشاره کرد. در یک کار محاسبهای، این شرایط میتوانند به آسانی و دقیقا برقرار شوند در صورتی که در یک آزمایش عملی دقیق حتی نزدیک شدن به شرایط ایدهآل دشوار به نظر میرسد.
3-3- نارساییهای محاسبات تئوری
همانگونه که قبلا ذکر شد، مفاهیم تحلیل عددی بر مبنای یک مدل ریاضی بنا نهاده شده است، در حالی که تحقیق آزمایشگاهی خود واقعیت را مورد مشاهده قرار میدهد. بنابراین اعتبار مدل ریاضی مفید بودن یک کار محاسبهای را محدود میکند.
باید توجه داشت نتیجه نهایی که از تحلیل عددی بدست میآید، به مدل ریاضی و روش حل عددی بستگی دارد. به طوری که به کار بردن یک مدل ریاضی نامناسب میتواند موجب تولید نتایج بیارزشی از یک تکنیک عددی ایدهآل شود.
بنابرین، برای بحث در مورد نارساییهای یک محاسبه تئوری تقسیم کردن تمام مسایل عملی به دو گروه به شرح زیر مفید خواهد بود.
گروه اول: مسایلی که برای آنها میتوان از یک بیان ریاضی مناسب بهره برد (مانند هدایت حرارت، جریانهای آرام، لایههای مرزی مغشوش ساده).
گروه دوم: مسایلی که برای آنها استفاده از یک بیان ریاضی مناسب امکانپذیر نمیباشد (مانند جریانهای مغشوش پیچیده، جریانهای غیر نیوتنی، تشکیل اکسیدهای نیتروژن در احتراق مغشوش و بعضی جریانهای دو فازی).
تشخیص اینکه یک مسأله جزو کدام گروه قرار میگیرد به اطلاعات ما درباره آن بستگی خواهد داشت. در گروه اول به جز بعضی حالتهای خاص استفاده از روش تئوری برتری دارد در حالی که در مسایل گروه دوم غالبا بررسیهای تجربی ترجیح داده میشود.
با توجه به مطالب فوق در انجام یک مطالعه استفاده از روشهای تحلیل کامپیوتری یا تحقیق آزمایشگاهی یا ترکیب مناسبی از هر دو روش منوط به شرایطی (طبیعت مسئله، اهداف مورد نظر، مسائل اقتصادی و دیگر شرایط) است که براساس آن انتخاب صورت میگیرد.


پاسخ دهید