Моделирование рабочих процессов в термоэмиссионных преобразователях тепловой энергии

• Автор: Касиков, Игорь Иванович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Обнинск
• Количество страниц: 128 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
И ВЕШНИЕ

ГЛАВА I. Предельные характеристики термоэмиссионного преобразователя

1.1 Предельные ВАХ ТЭП.

1.2 Предельный к.п.д. термоэмиссионного преобразователя

1.3 Барьерный индекс.

ГЛАВА 2. Кнудсеновскнй режим ТЭП.

2.1 Основные уравнения.

2.2. Использование вольтамперных характеристик для определения

параметров кнудсеновского преобразователя

2.2.1 Влияние величины межэлектродного зазора на конфигурацию областей различных кнудсеновских режимов.
2.2.2 Численное моделирование экспериментальных ВАХ
ГЛАВА 3. Задача о дуговой температуре.
3.1 Энергетический баланс дугового ТЭП.
3.2 Температура электронов в дуговом режиме
3.3 Вольтамперные характеристики дугового ТЭП
ГЛАВА 4. Тепловой пробой керамической изоляции.
4.1 Основные закономерности теплового пробоя.
4.2 Влияние внешнего теплового потока и радиационного нагрева
на электропрочность твердого диэлектрика.
4.3 Тепловой пробой вторичноэмиссионных атомных батарей
4.4 Особенности электротеплового пробоя многослойной тонкой
изоляции.
ГЛАВА 5. ТЭП в цепях переменного тока. Автоколебания.
5.1 Колебания тока в диффузионном диоде
5.2 Преобразователи с Добразными характеристиками
ГЛАВА 6. Выпрямление переменного тока.
6.1 Вольтамперные и нагрузочные характеристики
6.1.1 Вольтамперная характеристика.
6.1.2 Нагрузочная характеристика
6.2 Выпрямление переменного тока
6.2.1 Выпрямление с помощью пассивного преобразователя
6.2.2 Выпрямитель с внутренним источником э.д.с.
6.2.3 ТЭПвыпрямитель.
6.2.4 Оптимальная коммутация ТЭПвыпрямптелей
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
спис ш использойА иных ист чников
Список основных обозначений и принятых сокращений Нижние индексы
Еу 1 принадлежность к эмиттеру катоду или к приэмитгерной области
С, 2 принадлежность к коллектору аноду или к приколлекторной области
ионы
е электроны
а атомы
Верхние индексы
Одним штрихом отмечаются величины в приэмиттерной области, двумя в приколлекторной.
Основные обозначения
А 0 Аш К постоянная Зоммерфельда
с межэлектродный зазор
В радиус Дебая
Ве1 коэффициент диффузии электронов, ионов
Ва коэффициент амбиполярной диффузии
е заряд электрона или основание натуральных логарифмов
И толщина слоя изоляции
У, общее обозначение токов потоков или их плотности
Ус плотность тока потока электронов, ионов
1 i полная плотность тока
к волновое число
1е длина свободного пробега электрона, иона
Ь длина изоляционного слоя
М, т масса иона, электрона
п плотность плазмы
р давление газа в преобразователе
с тепловой поток
г коэффициент отражения электронов от поверхности электрода
Т общее обозначение температуры. Температура в формулах все
гда за редкими исключениями, которые специально оговариваются считается выраженной в энергетических единицах, г.е.
она равна температуре в градусах Кельвина, умноженной на постоянную Больцмана
Тц температура цезиевого резервуара
1с,, подвижность электронов, ионов
и безразмерная относительная температура электроизоляцни
У напряжение
У в барьерный индекс обычно в эВ
Ук контактная разность потенциалов
V у8Те пт средняя тепловая скорость электронов аналогично для ионов
И мощность
сАл параметр компенсации
8 чернота
Г, к.п.д., к.п.д. Карно
к аЫХ отношение термосопротивлений
X коэффициент теплопроводности
хИ безразмерная пространственная координата
р плотность зарядов, также удельное сопротивление
а коэффициент теплоотдачи
Ф работа выхода, также поток магнитной индукции
р потенциалы
Дф скачок потенциалов
Ч7, ф безразмерные потенциалы
со частота колебаний
Некоторые символы имеют различный смысл в разных главах или параграфах. Это не должно приводить к недоразумениям все обозначения обычно определены в тексте.
Основные сокращении
ТЭП термоэмиссионный преобразователь
ВАХ вольтамлерная характеристика
ВРП волнистое распределение потенциалов
ВВЕДЕНИЕ


Получена формула для пробивного напряжения многослойной толстой изоляции. Алгоритм и результаты математической обработки вольтшперных. ТЭП для определения внутренних параметров преобразователя энергии. Результаты математического моделирования вакуумного режима ТЭП. Личный вклад автора. Приведенные в диссертации результаты исследований являются итогом работы автора, начиная с года и по настоящее время. Основные работы выполнены самостоятельно или с однимдвумя соавторами. Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертационной работы докладывались на следующих отечественных и международных конференциях. Всесоюзные конференции по прямому преобразованию энергии АлмаАта г. По материалам диссертации опубликовано работ, в том числе 5 статей в рецензируемых журналах. Основное содержание работы. В первой главе рассматривается вакуумный режим ТЭП. Получено выражение для максимально возможного значения электронного к. Во второй главе приведены результаты математической обработки экспериментальных кнудсеновских ВАХ. Приводятся исходные выражения для плотностей зарядов и уравнения для потенциалов. В третьей главе разрабатывается математическая модель дугового режима ТЭП, решается задача о дуговой температуре и разрабатывается модель для построения дуговых ВАХ. В четвертой главе рассматриваются вопросы электротеплового пробоя однослойных и многослойных систем в условиях внешнего теплового воздействия. В пятой главе рассматриваются нестационарные режимы ТЭП. В шестой главе рассмотрена работа ТЭП в качестве выпрямителя переменного
Основные результаты опубликованы в , , , , 3 9, , , , , , . В заключение считаю своим долгом назвать хотя бы некоторые имена людей, с которыми в разное время довелось вместе работать, и общение с кем было для меня профессиональной потребностью. Я с благодарностью вспоминаю Ю. К. Гуськова, В. П. Пащенко, М. А. Лебедева, стремившихся к ясной физической интерпретации изучаемых явлений и способствовавших постановке ряда задач. Невозможно переоценить многолетние контакты с Степановым, В. II Кармазиным, П. П. Щербининым. Павел Павлович и Миронов оказали мне дружескую поддержку при работе над диссертацией. Особенно благодарен В. А. Жеребцову за проявленный к моей работе интерес, уделившему много времени полезным дискуссиям. Эта работа не была бы выполнена без поддержки и активного участия научного руководителя В. И. Ярыгина. Его внимание и настойчивость вызывают благодарность и уважение. Работая над диссертацией, я постоянно ощущал незримое присутствие и благотворное влияние моего первого научного руководителя страстного ученогоискателя и уважаемого человека Игоря Павловича Стаханова. С мыслью о нем и завершаю эту работу. В настоящей главе рассматриваются основные физические явления в термоэмиссионных преобразователях тепловой энергии в электрическую. Находятся связанные с этими процессами предельные параметры выходных характеристик ТЭП. Физическим прототипом любого термоэмиссионного преобразователя может служить плоский диод. Межэлектродное пространство в нем заполняется газообразной плазмой либо остается пустым. В качестве газового заполнителя чаще всего используются пары цезия. Принципиальная схема вакуумного диода и потенциальные диаграммы показаны на рис. При прохождении теплового потока через диод во внешней цепи между его электродами возникает разность потенциалов. Сущность этого явления наиболее ясно проявляется в чисто вакуумном диоде. Она сводится к следующему. Вследствие теплового движения электронов внутри металла часть из них, обладающая энергией выше некоторого уровня, может выйти в вакуум. АТгеф1Т, 1. Уя плотность эмиссионного тока, Т температура электрода в энергетических единицах, Ф работа выхода, А постоянная Зоммерфельда. ТефеУ1Т, ФФ сеУ, 1. А т2еФс сУ1Т Фс г, Ф ФсеУ, 1. Здесь плотность электронного тока, V напряжение на внешней нагрузке. Дополнительный потенциальный барьер, возникающий в вакуумном зазоре между электродами, действует так же, как и основной, и поэтому суммируется соответствующей работой выхода рис.