Рефераты по Физике

Головка рубинового лазера с термоохлаждением

Страница 3

2. Расчет вихревого холодильника

Опыт, накопленный в результате исследования вихревого эф­фекта, позволил создать методику расчета, пользуясь которой, можно получить оптимальные соотношения для размеров вихре­вой камеры. Из исследований следует отметить работу А. Мерку­лова, в которой приведена методика расчета вихревых труб диаметром 20—50 мм. Указанная методика базируется на исполь­зовании известных зависимостей коэффициента температурной Минск, Атлант и другие холодильники - ремонт холодильников киев, недорого.

эффективности hx от .

Коэффициент температурной эффективности представляет со­бой отношение эффекта охлаждения DТ, к эффекту охлажде­ния DTs; при изоэнтропийном расширении:

(1.1)

где T1 — абсолютная температура на входе;

Тx — абсолютная температура холодного потока;

k — показатель адиабаты;

— степень расширения вихревого холодильника.

Для вихревых холодильников коэффициент температурной эффективности не зависит от T1 в интервале температур 30—150° С при 2<π< 6.

Схема расчета вихревого воздухохолодильника:

1. Определяется степень расширения холодильника по задан­ному эффекту охлаждения DTx= Т1 -Tx

(1.2)

Коэффициент температурной эффективности ηx рассчитывается по графику.

2. Давление воздуха на входе P1 = π · Px.

3. Расход воздуха:

(1.3)

где Qx —холодопроизводительность холодильника, равная теплопритокам к объекту охлаждения;

Ср — теплоемкость воздуха при постоянном давлении;

ΔTm— допускаемый подогрев воздуха на охлаждаемом объекте. Величину μ принимают, как указывалось выше, равной 0,6 или 0,3—0,2.

4. Площадь сечения соплового входа. Выбор формулы для рас­чета сечения сопла зависит от того, является ли истечение из сопла до- или сверхкритическим. Критическое отношение давле­ний для воздуха πkp == 1.89.

Вначале определяют степень неполноты расширения горячего потока: π' = 1,59 —0,27π + 0,062π2, и степень недорасширения потока на выходном срезе сопла π" = 1,2π'.

Затем находят степень расширения в сопле πс= π/π11 Если сте­пень расширения в сопле больше критической, то проходное сече­ние сопла определяется по формуле

(1.4)

где αc— коэффициент расхода сопла (0,94 — 0,96).

Если степень расширения в сопле меньше критической, расчет ведется по формуле

(1.5)

где γ— удельный вес воздуха на входе в сопло;

g — ускорение силы тяжести.

5. Размеры соплового входа. В случае прямоугольногосечения сопла рекомендуется брать отношение высоты h к ширине b рав­ным 0,5. Сечение может быть и квадратным.

6. Внутренний диаметр вихревой камеры

7. Диаметр отверстия диафрагмы холодного воздуха Dx = Dг(0,35+ 0,313μ).

8. Длина вихревой зоны выбирается равной L = (8—10)Dг.

Определим параметры воздуха и геометрические размеры вихревого микрохолодильника, если холодный поток должен иметь температуру Тx = —50° С. Теплопритоки к охлаж­даемому объекту составляют 10 кал/мин. Допускаемый подогрев холодного потока ΔΤm== 10° С. Температура воздуха на входе T1 = 20°С.

1. Эффект охлаждения DTx= Т1 -Tx= 293 — 223 = 70° К.

2. Необходимая степень расширения воздуха

Здесь k = 1,41; ηx, = 0,5 [формула (1.1)].

3. Давление воздуха на входе P1 = 9,3·1 == 9,3 ama.

Учитывая недостаточность опытных данных по расчету труб малого диаметра, берем начальное давление завышенным и рав­ным 10 aтa и следовательно P1 = 10.

4. Расход воздуха =21 г/мин. Здесь Qx= 10 кал/мин; Ср = 0,24 кал/град; ΔΤm== 10°С; μ=0,2 [фор­мула (1.2)].

5. Площадь соплового входа π΄=5,09; π" = 6,1; πс = =1.63<1.89

Степень расширения в сопле получилась меньше критической, поэтому площадь сопла определим по формуле (1.5).

Подставив G = 0,00035 кГ/сек; аc = 0,95; k = 1,41; g = = 981 см/сек2; γ == 1,16-10-6 кГ/см3; πc = 1,63; P1 = 10 кг/см2, получим Fc = 0,0045 см2 = 0,45 мм2.

6. Размер соплового входа. Приняв сечение сопла квадратным, найдем его сторону: b=h== 0,67 мм.

7. Внутренний диаметр трубыDг== 3,62-0,67 = 2,4 мм.

8. Диаметр отверстия диафрагмы Dx = 2,4·(0,35 + 0,313· 0,2) = 1 мм.

9. Длина вихревой зоны L == 9-2,4 = 21,6 мм.

По описанной методике Е. И. Антоновым совместно с С. Т. Цуккерманом был разработан и экспериментально исследован миниа­тюрный вихревой холодильник МХ-2.

Отличительной особенностью этого микрохолодильника яв­ляются его малые габариты и вес. При длине 50 мм и максималь­ном диаметре 18 мм он весит всего 15 г. Микрохолодильник рас­считан на работу от магистрали сжатого воздуха при давлении от 2 до 15 кГ/см2 и может быть использован для охлаждения объектов до температур порядка —50° С при комнатных усло­виях.

3. Расчет энергетических характеристик

Эффективность и техническое совершенство энергетических систем и квантовых приборов принято оценивать значениями выходной энер­гии, мощности, к. п .д. и квантовой эффективности. Если твердотель­ные лазеры оценивать по к. п. д., не учитывая их уникальные физиче­ские свойства, то они покажутся малоэффективными системами (к.п.д. лучшего рубинового или неодимового лазера не превышает 1,5%). Образно говоря, огромная река входной энергии оптической накачки превращается в хилый ручеек индуцированного излучения. Для предварительной оценки энергетических характеристик проекти­руемых твердотельных лазеров можно использовать методику расчета мощности лазеров, работающих в режиме свободной генерации при температуре 300 К с усреднением значений мощности по отдельным пикам спектра излучения. Энергия импульса индуцированного излу­чения с длительностью импульса τи для лазера, имеющего активное вещество объемом V = Sl, равна Eвых == РвыхV τи

Перейти на страницу:  1  2  3  4