شکل ‏1-2- 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 ‏2-1- 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 ‏2-2- 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 ‏2-3 گزارش شده است که برای این هندسهی خاص دمای 120 درجه سلسیوس بعنوان ماکزیمم دما بدست آمده است.
شکل ‏2-3 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 ‏2-4 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 ‏2-5 گزارش شده است. همچنین ایشان با توجه به شکل ‏2-5، نمودار توزیع دما را در مقطع خاص در شکل ‏2-6 گزارش نمودند.
شکل ‏2-4- تغییرات توان در راستای طول کلکتور]9[.
شکل ‏2-5-بازه توزیع دما در کلکتور ]9[.
شکل ‏2-6- 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 ‏2-5 ) مورد بررسی قرار دادند.

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 ‏2-7- طول مشخصه L (پارامتر بهینه سازی) ]9[.
همچنین در شکل ‏2-8 تغییرات دمای حاصل از بهینهسازی طول L را در نقطهی A (مربوط به پوستهی داخلی کلکتور در شکل ‏2-5 ) بدست آوردهاند.
شکل ‏2-8- 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 ‏2-9) ]9[.
شکل ‏2-9- 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 ‏2-10) و حالتی که کلکتور بدون فین باشد (شکل ‏2-11) را به شرح زیر گزارش نمودند ]9[.
شکل ‏2-10- بازه توزیع دما در کلکتور فین دار ]9[.
شکل ‏2-11-توزیع دما در کلکتور بدون فین]9[.
مشاهده