سرامیکها به دما و کاهش آن با افزایش دما میباشد.
نمودار های توزیع دما در خطوط 1 و 3 در شکل ‏523 نمایش داده شده است.
شکل ‏523 نمودار های توزیع دما در خطوط 1 و 3 در حالت 2
از جمله مشکلاتی که در صورت افزایش اختلاف دمای زیاد در دو طرف سرامیک ها، بوجود می آید،یکسان نبودن ضریب انبساط گرمایی مس فاقد اکسیژن و سرامیکها میباشد.
عدم برابری ضریب انبساط گرمایی برای این مواد سبب میشود که میزان انبساط هر یک از آنها متفاوت باشد و از آنجا که سرامیک ها مابین دو پوسته از جنس مس فاقد اکسیژن قرار گرفته است، این انبساط های نابرابر سبب شکستن سرامیکها میشود.
5-4-3-جنس سرامیک از آلومینیم نیترید با دمای پایه 70 درجه سانتیگراد (حالت 3)
کانتور دما بر روی صفحاتی عمود بر محور کلکتور در شکل ‏524 نمایش داده شدهاند.
شکل ‏524 توزیع دما بر صفحات عرضی در حالت 3
حداکثر دما به حدود 420.3 درجه کلوین رسیده است که نسبت به حالت قبل (که دمای پایه 50 درجه سانتیگراد بود) حدود 20 درجه افزایش دما داریم.
نمای روبروی کانتورهای دما در شکل ‏525 نمایش داده شده است.
شکل ‏525- کانتور دما در صفحه عرضی در حالت 3
کانتور دما در صفحه طولی در شکل ‏526 نمایش داده شده است.
شکل ‏526 کانتور دما در صفحه طولی در حالت 3
همچنین برای درک بهتر رفتار گرمایی کلکتور، شکل ‏527 را بررسی مینماییم.
شکل ‏527 توزیع دمای چهارکانه در حالت 3
در این کانتور دمای پوسته ی بیرونی و سرامیک بالایی، نمایش داده شده است.
اهمیت کانتور دمایی در سرامیکها به علت شکننده بودن آنها میباشد، همانطور که بیان شد در صورتی که اختلاف دمای دو طرف آنها زیاد شود، میزان انبساط در دو سمت سرامیک متفاوت خواهد شد و در صورت شکست سرامیکها ایزولاسیون الکتریکی کلکتور از بین خواهد رفت..
نمودارهای توزیع دما را بر روی خطوط شماره 1 و 3 (که قبلا معرفی شده اند) در شکل ‏528 و شکل ‏529 نمایش داده شدهاند.
شکل ‏528 توزیع دما بر روی خط شماره 1 در حالت 3
شکل ‏529 توزیع دما را بر روی خط شماره 3 در حالت 3
برای بررسی بهتر توزیع دما در سرامیکها، یک خط مطابق شکل ‏530 (خط شماره 4) از سرامیک بالایی عبور میدهیم تا توزیع دما بر روی آن را بررسی نماییم.
شکل ‏530 خط شماره 4
نمودار توزیع دما بر روی خط شماره 4 درشکل ‏531 نمایش داده شده است.
شکل ‏531 توزیع دما در خط شماره 4 در حالت 3
با توجه به شکل 5-31، دما در طول سرامیک، تغییرات زیادی داشته است.
همچنین توزیع دما بر روی خطوط شماره 1 و 3 و 4 در شکل ‏532 نمایش داده شده است
شکل ‏532 توزیع دما در خطوط 1 و 3 و 4 در حالت 3
نموداری که با نقطه چین نمایش داده شده است بیانگر تغییر دما در راستای طولی سرامیک بالایی میباشد که در ابتدا دمای آن پایینتر بوده و در سه هشتم فاصله از انتها ،دما به حداکثر خود میرسد و سپس دوباره کاهش می یابد.
5-4-4-جنس سرامیک از آلومینیوم نیترید با دمای پایه 70 درجه سانتیگراد با حرارت ورودی میانگین گیری شده (حالت 4)
در این قسمت به بررسی حالتی میپردازیم که حرارت ورودی ناشی از برخورد الکترونها را به صورت میانگین بر روی قسمت داخلی پوستهی داخلی پخش کرده باشیم. این حالت با فرض برخورد تعداد ثابت الکترون بر واحد سطح بدست میآید.
شکل ‏533 توزیع دما در صفحه عرضی در حالت 4
از مقایسه ی کانتور های بدست آمده در حالت میانگین با حالات غیر یکنواخت، به این نتیجه میرسم که دمای ماکزیمم از حدود 420 به 417 درجه کلوین کاهش پیدا کرده است. علت این امر متمرکز نبودن محل تولید حرارت در فرض میانگین بودن توزیع حرارت میباشد.
به عبارتی دیگر توان ناشی از الکترونها در حالت میانگین از توزیع دمایی بهتری برخوردار شده است .
کانتور دما در صفحه ی طولی کلکتور در شکل ‏534 نمایش داده شده است.
شکل ‏534 کانتور دما در صفحه ی طولی کلکتور در حالت 4
همچنین کانتور سه نمای این حالت نیز در شکل ‏535 نمایش داده شده است.
شکل ‏535 کانتور سه نمای در حالت 4
همانطور که مشاهده میشود ماکزیمم دمای کلکتور در قسمت بالایی پوسته ی خارجی اتفاق افتاده است. علت این امر دور بودن قسمتهای بالایی از پایه آلومینیومی است.
همانطور که گفته شد، یکی از حساس ترین قسمتها، توزیع دما در سرامیک بالایی میباشد
توزیع دما در خطوط شماره 1 و 3 و 4 (سرامیک بالایی) به ترتیب به شکل ‏536 میباشد.
شکل ‏536 توزیع دما در خط شماره 1 و 3 و 4 در حالت 4
5-4-5-جنس سرامیک از آلومینیوم نیترید با دمای پایه 90 درجه سانتیگراد (حالت 5)
در این حالت، دمای آب در مبدل موجود در زیر کلکتور به گونه ای افزایش یافته است که دمای صفحه ی زیرین پایه آلومینیومی به 90 درجه ی سانتیگراد رسیده است.
توزیع دما در صفحه عرضی در شکل ‏537 نمایش داده شده است.
شکل ‏537 توزیع دما در صفحه عرضی در حالت 5
دراین حالت دمای ماکزیمم به 440درجه ساتیگراد رسیده است که افزایش دمای20درجه ای را نسبت به حالت قبل(دمای پایه 70 درجه سانتیگراد) نشان میدهد.این امر نشان دهنده ی این است که تغییرات هدایت حرارتی در آلومینیوم نیترید با دما، کم بوده است و سبب خطی شدن تغییرات دمای ماکزیمم نسبت به دمای پایه شده است.
توزیع دما بر روی خطوط 1 و 3 و 4 (که از سرامیک بالایی میگذرد) به شکل ‏538 است.
شکل ‏538 توزیع دما بر خطوط 1و 3 و 4 در حالت 5
نمودار توزیع دما بر خط 4، توزیع دما را در طول سرامیک بالایی را نشان میدهد که بالاترین دما را در بین نمودار های ترسیم شده دارد.
طبق این نمودار، دما در راستای طولی سرامیک بالایی، از 422 کلوین شروع شده و در قسمتهایی به 435 کلوین هم رسیده است و سپس دوباره کاهش یافته و نهایتا به 386 درجه کلوین ختم شده است.
با توجه به اینکه تولید آلومینیوم نیترید دارای پیچیدگیهای فراوان میباشد و همچنین خواص حرارتی آن به شدت وابسته به فرایند ساخت آن میباشد لذا ممکن است برای ساخت کلکتور امکان تولید آلومینیوم نیترید با خواص مناسب وجود نداشته باشد، به همین دلیل شبیه سازی کلکتور تقویت کننده موج رونده با استفاده از سرامیکهایی ار جنس آلومینا که امکان ساخت آن در کشور وجود دارد انجام شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی در زیر ارائه شده است.
5-4-6-جنس سرامیک از آلومینا با دمای سطح کف پایه آلومینیومی برابر با 40 درجه سانتیگراد (حالت 6)
کانتور دما در صفحهی عمود بر محور کلکتور در شکل ‏539 نمایش داده شده است.
شکل ‏539 کانتور دما در صفحه عرضی در حالت 6
همانطور که مشاهده میشود حداکثر دما حدود 432 درجه کلوین بدست آمده است که این دما با نزدیک شدن به پایه کاهش یافته است و نهایتا در صفحه ی پایینی آن به 313 کلوین یا همان 40 درجه سانتیگراد رسیده است. در حالتی که هدایت حرارتی تابعی از دما در نظر گرفته شده است.
در مقایسه با حالت مشابهی که به جای آلومینا از سرامیک آلومینیوم نیترید استفاده شده است، توزیع دمای بالاتری در کلکتور قابل مشاهده است. دمای ماکزیمم کلکتور در حالت مشابه با استفاده از سرامیک آلومینیوم نیترید به حدود 390 کلوین رسیده بود که در حالت فوق افزایش دمای حدود 42 درجهای را شاهد هستیم.
کانتور دما در صفحهی طولی کلکتوردر شکل ‏540 نمایش داده شده است.
شکل ‏540 کانتور دما در صفحه عرضی در حالت 6
در این قسمت نیز توزیع دما به خوبی قابل مشاهده میباشد. همچنین مشاهده میشود که ماکزیمم دما در سطوح انتهایی پوستهی داخلی قرار دارد زیرا این قسمت محل برخورد الکترونها میباشد.
در این حالت سرامیک آلومینا (AL2O3) به علت ضریب هدایت پایین مانند یک سد حرارتی عمل کرده است و مانع انتقال حرارت لازم، از پوستهی داخلی به پوستهی خارجی شده است.
نمایی 3 بعدی از کانتور دما روی پوسته ی خارجی کلکتور در شکل ‏541 نمایش داده شده است.
شکل ‏541 توزیع دما در پوسته خارجی در حالت 6
همانطور که مشاهده میشود دما روی سطح صاف بالایی پوسته ی خارجی حدود 386 کلوین میباشد که اختلاف زیادی با دمای ماکزیمم دارد، علت این اختلاف دما وجود سرامیکهایی از جنس آلومینا، که مقاومت حرارتی بالاتری نسبت به آلومینیوم نیترید دارند، میباشد
نمایی 3 بعدی از کانتور دمای پوستهی داخلی و سطح پایین سرامیک بالایی در شکل ‏542 نمایش داده شده است.
شکل ‏542 کانتور دمای پوسته ی داخلی و سطح پایین سرامیک بالایی در حالت 6
حداکثر دمای سیستم در سطح داخلی پوسته داخلی واقع شده است اما به علت پایین بودن مقاومت حرارتی پوسته داخلی که از جنس مس فاقد اکسیژن است، اختلاف دمای کمی بین سطح داخلی و سطح خارجی پوسته داخلی وجود دارد لذا حداکثر دمای موجود در سطح داخلی پوسته داخلی با افت ناچیزی به سطحی از سرامیک که با آن در تماس است منتقل میشود اما با توجه به اینکه در این حالت جنس سرامیکها از آلومینا است و آلومینا به علت ضریب هدایتی پایین دارای مقاومت حرارتی بالایی میباشد لذا، اختلاف دمای زیادی در طرف دیگر آلومینا بوجود آمده است.
همچنین نمودار های توزیع دما بر روی خطوط 1 (که قبلا معرفی گردید) در شکل ‏543 و نمایش داده شده است.
شکل ‏543 توزیع دما روی خط 1 در حالت 6
مشاهده میشود که دما از 313 کلوین شروع شده است. همچنین نمودار با گذشتن از قسمتهای مختلف دارای شیب های متفاوتی شده است. به عبارتی ابتدا وارد پایه آلومینیومی شده و سپس وارد پوسته ی خارجی با جنس مس فاقد اکسیژن گردیده است، سپس وارد پوسته ی داخلی کلکتور شده (دمای 420 کلوین) و سپس وارد سرامیک و دوباره وارد پوستهی خارجی شده و نهایتا از آن خرج شده است.
5-4-7-جنس سرامیک از آلومینا با دمای کف پایه آلومینیومی 50 درجه سانتیگراد (حالت 7)
در این حالت کانتور دما در صفحهی عمود بر محور کلکتور در شکل ‏544 نمایش داده شده است.
شکل ‏544 کانتور دما در صفحه ی عمود بر محور کلکتور در حالت 7
در این حالت به علت بالاتر بودن دمای آب در مبدل، دمای صفحهی پایینی پایه آلومینیومی به 323 کلوین یا 50 درجه سانتیگراد رسیده است.همچنین دمای ماکزیمم سیستم به حدود 443 کلوین رسیده است که حدود 11.5 درجه بیشتر از ماکزیمم دمای سیستم در حالت دمای پایه 40 درجه سانتیگرادی میباشد.
کانتور دما بر روی صفحهی در راستای طولی کلکتور در شکل ‏545 نمایش داده شده است.
شکل ‏545 کانتور دما بر روی صفحه ی طولی در حالت 7
علت وقوع ماکزیمم دما در پوسته داخلی، برخورد الکترون ها و تبدیل انرژی جنبشی آنها به انرژی گرمایی است.
به علت مقاومت حرارتی بالا در آلومینا، دمای سطح بالایی نسبت به ماکزیمم دمای سیستم کاهش 50 درجه سانتیگرادی داشته است.
نمودار های توزیع دما بر روی خطوط 1 و 3 در شکل‏546 و شکل ‏547 نمایش داده شده است.
شکل‏546 توزیع دما در خط 1 در حالت 7
با توجه به اینکه خط شماره 1 از قسمتهای مختلف کلکتور با ضریب هدایت حرارتی متفاوت میگذرد لذا به ازا تغییر در ضریب هدایت حرارتی شکستگیهایی در توزیع دمای فوق مشاهده میشود.
شکل ‏547 توزیع دما در خط شماره 3 در حالت 7
در خط شماره 3 نیز دما از 323 کلوین یا 50 درجه سانتیگراد در صفحه ی پایینی پایه آلومینیومی شروع شده و با گذشتن از قسمتهای مختلف (به طور مورب) افزایش یافته است
5-4-8-جنس سرامیک از آلومینا با دمای کف پایه70 درجه سانتیگراد (حالت 8)
کانتور دما در صفحهی عمود بر محور کلکتور در شکل ‏548 نمایش داده شده است.
شکل ‏548 کانتور دما در صفحه ی عمود بر محور کلکتور در حالت 8
مشاهده میشود که که با افزایش دمای

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید