Вы здесь

Енергоекономічні джерела світла: шляхи підвищення світлової ефективності та екологічності

Автор: 
Кожушко Григорій Мефодійович
Тип работы: 
Дис. докт. наук
Год: 
2004
Артикул:
0504U000337
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

РОЗДІЛ 2
ПРОБЛЕМИ КОНСТРУЮВАННЯ ТА ТЕХНОЛОГІЧНИХ РОЗРОБОК ЕНЕРГОЕКОНОМІЧНИХ НАТРІЄВИХ
ЛАМП
2.1. Шляхи підвищення світлотехнічних характеристик та надійності конструкцій
натрієвих ламп
В порівнянні з іншими розрядними лампами, НЛВТ мають найвищі світлову віддачу,
стабільність світлового потоку і надійність в процесі експлуатації, однак
дослідження по підвищенню цих параметрів продовжують інтенсивно проводитися.
За результатами аналізу шляхів підвищення світлових характеристик НЛВТ
наведеного в розділі 1 та [257,305,319] визначені наступні напрямки:
1)підвищення прозорості розрядної трубки; 2)зменшення теплових втрат
(підвищення тиску буферного газу, застосування трубки з матеріалу з меншою
тепловіддачею ніж у Al2O3, зменшення товщини стінки розрядної трубки,
використання тепловідбиваючого покриття і т.ін.); 3)оптимізація форми і
розмірів і форми пальника та його наповнення (з метою збільшення виходу
резонансного випромінювання за рахунок оптимального співвідношення концентрацій
атомів Na в навколоосьовій області та областях, що знаходяться поблизу стінок);
оптимізація електрофізичних параметрів.
Математичне моделювання характеристик ламп з різним наповненням являє собою
досить серйозну проблему, для рішення якої необхідно розглянути ціле коло
питань досить різнорідного наукового змісту. В числі останніх вирішальне
значення належить побудові адекватних математичних моделей розряду, визначенню
електрофізичних, термодинамічних, оптичних і транспортних властивостей
плазмоутворюючого середовища, експериментальній перевірці розроблених моделей,
створенню ефективних чисельних алгоритмів, що реалізують моделі.
В додатку А коротко розглянуті методи математичного моделювання характеристик
розрядів в парах натрію і проведений аналіз моделей.
В загальному комплексі робіт з математичного моделювання розрядів важливе місце
займає створення масивів даних по електрофізичних, теплофізичних та оптичних
властивостях плазми: коефіцієнтах електропровідності та теплопровідності в
залежності від температури розряду, тиску буферного газу, діаметру розрядної
трубки; коефіцієнтів оптичного поглинання плазми в УФ, видимій та ІЧ областях.
Для натрієвих розрядів, які розглядаються в дисертаційній роботі, така
інформація в потрібній формі і з достатньою повнотою відсутня. Необхідна база
даних формувалась із літературних даних [58, 123-129,222,235,374,378], а також
на основі власних розрахунків та експериментальних досліджень.
Термодинамічні розрахунки складу плазми проводилися при заданих робочих тисках
натрій-ксенонової суміші та температурі. Використовувалося рівняння Саха.
Коефіцієнти теплопровідності розраховувалися з врахуванням електронних, атомних
і іонних складових і переносу енергії іонізації згідно [260,265]. При
обчисленні коефіцієнтів електропровідності використовувалося правило суміші в
трактуванні Фроста [260]. Дані по перетинах електрон-атомних і електрон-іонних
зіткнень бралися відповідно до [174]. Отримані результати порівнювались з
даними [58,374]. При розрахунках спектрального розподілу коефіцієнтів оптичного
поглинання враховувалися 50 ліній атому натрію, утворених переходами між
рівнями 3s, 3p, 4s I 3p…8p, 4s…9s, 3d…8d. Ці лінії розташовані в УФ видимій і
ІЧ областях спектру. Для ксенону враховувалося тільки 4 резонансні лінії,
розташовані в УФ області. Приймались до уваги 4 механізми розширення лінії:
резонансне, штарківське, вандерваальсівське і доплерівське. Для резонансних
ліній і ліній з нижнім резонансним рівнем значний вклад в розширення ліній, дає
резонансний механізм у розрахунках якого використовувались результати
експериментів [189,207]. Для інших ліній високотемпературної області розряду
істотним виявляється штарківське ударне розширення електронами. Параметри цього
механізму розраховувалися в рамках неадіабатичної теорії [324].
Результати розрахунків електрофізичних, теплофізичних та оптичних характеристик
натрієвих розрядів високого тиску приведені на рис.2.1-2.5 і в додатку А.
Відношення приведених на рис.2.1 значень РNa та РХе задають співвідношення
важких часток компонентів (атомів та іонів), які в розрахунках приймались
постійними по радіусу. Із рис.2.1 видно, що при збільшенні РХе
електропровідність падає. При збільшенні РХе більш ніж на порядок (для
Т=4500 К) електропровідність зростає приблизно на 20%. Такий же рівень змін має
і напруженність електричного поля (при фіксованому струмі). На рис.2.2, з метою
співставлення з безртутним розрядом , приведені результати розрахунків s та l
для плазмостворюючого середовища, яке містить ртуть. З рисунків видно, що
коефіцієнти електропровідності і теплопровідності значно нижчі, ніж для Na-Xe
суміші. Ця обставина пов’язана з появою (при добавці Hg) нових центрів
розсіювання електронів, які відрізняються від атомів інертних газів перетинами
елементарних процесів.
Температурні профілі в розряді з Na-Xe наповненням представлені на рис.2.3.
Розрахунки проводились для R=0,1ч1,9 см, РNa=60-1000 мм.рт.ст., РХе=300-4000
мм.рт.ст. Вибрані струми забезпечують W=5ч40 Вт/см. Осьова температура
знаходиться в межах 3500-4500 К, профілі температур пологі, зі збільшенням
тиску Хе ( при фіксованому струмі), температури збільшуються. Зі збільшенням
струму крутизна профілю температур зростає і появляється центральна частина
розряду. Ця обставина більш помітна для малих діаметрів трубки. При високих
значеннях струмів можливе явище різкого росту осьової температури з чітко
вираженим високотемпературним ядром.
Аналіз вольт-амперних характеристик показує, що з ростом РХе градієнт напруги
помітно збільшується. Градієнт збільшує