Запорожец  Издания 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 [ 81 ] 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239

Больцмана, равная 5,67-10-2 Вт/(см2-К); ак - коэффициент поглощения колбой при температуре Гг падающего на нее извне излучения; Е - облученность поверхности колбы со стороны окружающих ее тел.

При этом допускается, что стекло колбы излучает только с внешней поверхности. Излучением окружающего колбу газа обычно можно пренебречь и рассматривать обмен излучением только с поверхностями, окружающими колбу.

Во многих практически важных случаях можно с достаточной точностью принять, что колба окружена замкнутой поверхностью So, имеющей постоянную температуру Го и постоянный коэффициент излучения Во. Тогда

9изл«епрОГо(Гг*-Го"), (7.28)

где 8пр-приведенный коэффициент излучения, равный:

8пр-1/[(1/8к) + (5н/5о)((1/8о)-1)]; (7.29)

Sk - внешняя поверхность колбы лампы. Если

--Л<\1Ч,

0 /

Епр « Бк

9изл«екОГо(Гг-Го"). (7.30)

Деля 9изл на (Гг-Го), найдем Оизл:

Оизл « ВкОо (Гг"-Го") / (Гг-Го). (7.31)

Для практических вычислений необходимо знать значение екОоГг" разных сортов стекол в зависимости от температуры. Значение Ек можно определить экспериментально (см. § 7.4) или расчетным путем, пользуясь законом Кирхгофа. В последнем случае необходимо знать кривую спектрального коэффициента поглощения стекла колбы при рабочей температуре о.к{К Гг).

Как видно из (7.27) и (7.30), при заданном изл повышение Вк и уменьшение нагрева колбы излучением окружающих тел акЕ приводят к снижению ее температуры, и, наоборот, уменьшение Ек и увеличение пкЕ ведут к ее повышению.

Как показывают расчеты и экспериментальные данные, для стекол марок С-90-1 (простое барий-доломитовое стекло) и С-49-5к (молибденовое стекло) значение вк лежит в следующих пределах: в интервале температур 20-50 °С ек составляет 0,90-0,92, при 100-150°С 8к«0,85-0,9, при 250-300°С ек« «0,8-ь0,85.



1,0 е

<

800 1000

1100

Рис. 7.4. Интегральный коэффициент излучения кварцевого стекла, свето-пропускающего поликристаллического оксида алюминия и лейкосапфира в зависимости от температуры:

/ - кварцевое стекло толщиной 1,2 мм [0.9, 4.121; 2 -то же толщиной 1 мм (7.12]; 3 - cвeтJпpoпycкaющий поликрнсталлический оксид алюминия толщиной 0,8 мм [4.12, 7.121; 4 - лейкосапфир толщиной 1 мм [7.12]. Усредненные значения

Усредненные значения интегрального коэффициента излучения для кварцевого стекла в зависимости от температуры приведены на рис. 7.4. Коэффициент излучения зависит не только от сорта кварца, но также и от толщины стенок, несколько возрастая с увеличением толщины до нескольких миллиметров, что свидетельствует об объемном характере излучения. На рис. 7.4 приведены также усредненные значения коэффициента излучения для светопропускающего поликристаллического оксида алюминия и лейкосапфира (см. § 7.4). Подчеркнем, что фактические значения е конкретных образцов могут отличаться от приведенных усредненных значений на 10-15%.

Найденные соотношения устанавливают связь между охл, с одной стороны, локальным температурным напором [Т-Го) и другими условиями охлаждения - с другой. К условиям охлаждения относятся: размеры и форма колбы, род окружающего колбу газа, его давление, скорость потока и 8к(г, Г). Так, например, для лампы в цилиндрической колбе при естественном охлаждении

9охл = 92т-Ь92изл«Л2-°25 (Г2-Го)Ь25 + е,Со(Г2*-Го*). (7.32)

Если заданы распределение q, размеры и форма колбы и условия охлаждения, то, пользуясь соотношениями § 7.2, можно



найти распределение охл и далее распределение Т. Если известно распределение Г2, могут быть найдены другие величины.

При неравномерном распределении Гг по колбе расчетное значение гизл совпадает с фактическим, поскольку гизл является локальной характеристикой материала, в то время как фактические значения гт могут несколько отличаться от расчетных, поскольку в расчетные формулы входит усредненное значение От (см. выше).

Определение локальной мощности нагрева. Структура и мощность нагрева существенно зависят от условий разряда и различны в области столба, электродов и вводов.

Выделим на внутренней поверхности колбы элементарную площадку и рассмотрим структуру ее нагрева в зависимости от формы колбы, положения и условий разряда. Первоначально рассмотрим трубчатые лампы с длиной столба, значительно пре-вышаюией диаметр трубки.

Разряды низкого давления. В области столба нагрев площадки происходит за счет теплопроводности нагретых газов, рекомбинации электронов и ионов, включая их кинетическую энергию при попадании на стенку и поглощения части излучения, попадающего на данную площадку. Другие виды нагрева могут не учитываться.

В разрядах низкого давления теплопередача через газ происходит только путем теплопроводности и можно считать, что градиент температуры направлен по радиусу, т. е. нормально к поверхности площадки. Плотность потока электронов и ионов, падающих на данную площадку, определяется плотностью их потока через прилегающий к данной площадке двойной слой. Что касается излучения разряда, то оно в принципе может попадать на данную площадку и от далеких от данной площадки участков столба.

В области электродов нагрев площадки связан с теплопроводностью газа от нагретого электрода, поглощением стенкой колбы части излучения электрода и излучением разряда.

Разряды высокого и сверхвысокого давлений. В области столба нагрев происходит в основном за счет теплопередачи от горячих газов и паров и поглощения части излучения разряда, попадающего на рассматриваемую площадку.

В лампах с малым Рэф/гтр и существенной долей нагрева колбы за счет поглощения излучения разряда может иметь место заметный спад нагрева по мере приближения к краям столба. Пример подобного расчета дан в § 18.12.

В области электродов нагрев происходит при теплопередаче от нагретого электрода, поглощении части излучения нагретого электрода и разряда.

В лампах высокого и сверхвысокого давления в колбах достаточно большого диаметра (см. гл. 4) существенную роль в



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 [ 81 ] 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239