سطح پایینی پایه آلومینیومی به 70 درجه سانتیگراد، دمای ماکزیمم به حدود 467 کلوین رسیده است،این در حالیست که در حالتی که دمای پایه 40 درجه سانتیگراد بود این دمای ماکزیمم به 432 کلوین میرسید پس حدود 35 درجه اختلاف دما در حالت ماکزیمم،بین این دو حالت(دمای پایه 40 و70درجه سانتیگراد)وجود دارد که بیانگر رفتار غیر خطی میباشد یعنی با 30 درجه افزایش دمای پایه 35 درجه افزایش دمای ماکزیمم را شاهد هستیم.
همچنین در این حالت نیز، اختلاف دمای زیادی در دو طرف سرامیک بالایی وجود دارد که به علت مقاومت آلومینا در مقابل عبور حرارت می باشد.
کانتور دما در راستای طولی کلکتور در شکل ‏549 نمایش داده شده است.
شکل ‏549 کانتور دما در راستای طولی در حالت 8
در شکل نیز ماکزیمم دما در انتها و درون پوسته ی داخلی رخ داده است.
در حالت مشابهی که به جای آلومینا از آلومینیوم نیترید استفاده شده است حدود 47 درجه افزایش دما، در دمای ماکزیمم کلکتور رخ داده است.
توزیع دما در خطوط 1 و 3 در شکل ‏550 و شکل ‏551 نمایش داده شده است.
شکل ‏550 توزیع دما در خط 1 در حالت 8
شکل ‏551 توزیع دما در خط 3 در حالت 8
ماکزیمم دما در خط 1 به 460 کلوین رسیده است که دمای ماکزیمم قسمت انتهایی کلکتور را نشان میدهد.
5-4-9-جنس سرامیک از آلومینا با دمای کف پایه آلومینیومی90 درجه سانتیگراد (حالت 9)
کانتور دما در صفحهی عمود بر محور کلکتور در شکل ‏552 نمایش داده شده است.
شکل ‏552 کانتور دما در صفحه ی عمود بر محور کلکتور در حالت 9
با توجه به شکل مشاهده میشود که با افزایش دمای آب در مبدل حرارتیو رسیدن دمای صفحه پایینی پایه به 90 درجه سانتیگراد، دمای ماکزیمم به 490 کلوین رسیده است.
همچنین اختلاف دمای دو طرف سرامیک بالایی به حدود 45 درجه سانتیگراد رسیده است که این امر میتواند تنش های حرارتی را بالا برد.
کانتور دما را بر روی صفحهای در راستای طول کلکتور در شکل ‏553 نمایش داده شده است.
شکل ‏553 کانتور دما را راستای طول کلکتور در حالت 9
نمودار های توزیع دما بر روی خطوط 1 و 3 به ترتیب در شکل ‏554 و شکل ‏555 نمایش داده شده است.
شکل ‏554 توزیع دما بر روی خط 1 در حالت 9
شکل ‏555 توزیع دما بر روی خط 3 در حالت 9
همانطور که مشاهده میشود نمودار توزیع دما بر روی خط شماره 3 (خط مورب) دارای اکسترمم نیست چرا که همانطور که بیان شد از قسمتهایی عبور کرده است که دما به طور صعودی رشد کرده است.
همچنین دمای مینیمم برابر با 363 کلوین یا 90 درجه سانتیگراد است که متعلق به دمای پایه میباشد.
کانتور دما بر روی پوسته ی داخلی در شکل ‏556 نمایش داده شده است.
شکل ‏556 کانتور دما بر روی پوسته ی داخلی در حالت 9
خطوط دایره ای شکلی که در داخل پوسته ی داخلی مشاهده میشود محل برش هایی است که میزان حرارت مختلفی را بر روی پوسته ی داخلی کلکتور اعمال میکند.
حرارت اعمال شده به پوسته داخلی کلکتور به صورت غیر یکنواخت در آن توزیع میشود و این امر سبب توزیع دمای غیر یکنواخت در پوسته ی داخلی گردیده است. از آنجا که جنس پوستهی داخلی از مس فاقد اکسیژن است و هدایت حرارتی آن بالا میباشد لذا حرارت تا حد امکان در حجم پوسته ی داخلی پخش شده است.
با توجه به حالات مختلف نمایش داده شده در کانتور های فوق، میتوان نتیجه گرفت که حداکثر افزایش دما مربوط به قسمت انتهایی کلکتور میباشد.
علت این امر برخورد الکترونها به این قسمتها میباشد پس افزایش پخش شدگی الکترونها در سطح بیشتر، دمای ماکزیمم کاهش خواهد یافت.
تنها عامل شکست در سرامیکها اختلاف دمای موجود در طرفین آنها نمیباشد، بلکه در اثر مرور زمان و سرد وگرم شدن نیز خستگی ایجاد شده و امکان شکست در آنها وجود دارد.
5-4-10-جنس سرامیک از آلومینا با دمای پایه 70 درجه سانتیگراد وحرارت ورودی میانگین (حالت 10)
منظور از حالت میانگین آن است که محل دقیق برخورد الکترونها را برای دادن گرما را در اختیار نداشته باشیم،بلکه میزان توان ورودی بر اثر برخورد الکترون ها را محاسبه کرده و این توان را به صورت میانگین بر روی سطح داخلی پوسته ی داخلی اعمال نماییم.
کانتور دما در صفحه عرضی درشکل ‏557 نمایش داده شده است.
شکل ‏557 کانتور دما در صفحه عرضی در حالت 10
در حالت میانگین دمای ماکزیمم به 462 کلوین رسیده است که در مقایسه با حالت غیر یکنواخت که دمای ماکزیمم 467 است 5 درجه کاهش یافته است.
کانتور دما بر روی سطحی در راستای طول در شکل ‏558 نمایش داده شده است.
شکل ‏558 کانتور دما در صفحه طولی در حالت 10
در اینجا نیز مشاهده میشود که محل و مقدار ماکزیمم دما نسبت به حالت غیر یکنواخت متفاوت میباشد.
این تحلیل بیانگر آنست که اگر بتوان در حالت عملی، میزان پخش الکترونها را یکنواخت نمود کاهش دمای 5 درجهای در ماکزیمم دمای سیستم اتفاق خواهد افتاد.
کانتور دما در پوستهی داخلی در شکل ‏559 نمایش داده شده است.
شکل ‏559 کانتور دما در پوسته ی داخلی در حالت 10
همچنین کانتور دما در پوسته ی خارجی به شکل ‏560 است
شکل ‏560 کانتور دما در پوسته ی خارجی در حالت 10
اختلاف دمایی که بین پوسته ی داخلی و خارجی مشاهده میشود به دلیل وجود سرامیک ها مابین در پوسته است، به عبارتی در صورتی که بتوان از سرامیکهایی با ضریب هدایت بالا استفاده نمود، این اختلاف دما کاهش خواهد یافت.
5-4-11-جنس سرامیک از آلومینا با دمای پایه 70 وحرارت ورودی میانگین با هدایت حرارتی ثابت (حالت 11)
منظور از هدایت ثابت آن است که هدایت حرارتی سرامیک ها را، با دما متغیر فرض نکنیم بلکه آنها را به صورت ثابت در نظر بگیریم ]17[ و سپس با حالت صحیح (هدایت متغیر با دما) مقایسه نماییم.
در این حالت کانتور دما روی صفحهی عرضی در شکل ‏561 نمایش داده شده است.
شکل ‏561 کانتور دما روی صفحه ی عرضی در حالت 11
در این حالت مشاهده میشود که دمای ماکزیمم حدود 452 کلوین بدست آمده است که در مقایسه با حالت هدایت متغیر با دما 10 درجه خطا دارد .این امر به دلیل این است که هدایت حرارتی سرامیک ها با افزایش دما کاهش می یابد و این کاهش هدایت سبب افزایش مقاومت حرارتی شده که باعث افزایش دما شده است.
کانتور دما در صفحه ی طولی نیزدر شکل ‏562 نمایش داده شده است.
شکل ‏562 کانتور دما در صفحه ی طولی در حالت 11
همچنین کانتور دما بر روی سطح بالایی سرامیک بالایی به شکل ‏563 است.
شکل ‏563 کانتور دما بر روی سطح بالایی سرامیک بالایی در حالت 11
نمودار های توزیع دما نیز در حالت هدایت گرمایی ثابت، در شکل ‏564 نمایش داده شده است.
شکل ‏564 توزیع دما در خط شماره 1 در حالت 11
ماکزیمم دما در خط شماره 1در مقایسه با حالت دقیق که حرارت به صورت غیر میانگین و هدایت حرارتی متغیر با دما در نظر گرفته شود با حدود 20 درجه سانتیگراد خطا گزارش شده است. تا این مرحله از کار، شبیه سازی بر روی کلکتور با سرامیکهای آلومینا و آلومینیوم نیترید صورت پذیرفت و در ادامه جنس سرامیک از برلیا در نظر گرفته خواهد شد.
5-4-12-جنس سرامیک از برلیا با دمای کف پایه آلومینیومی 40 درجه سانتیگراد (حالت 12)
در این بخش جنس سرامیکهای ایزوله کننده را از برلیا در نظر گرفته شده است و دمای آب در مبدل را به گونهای تغییر کرده که دمای سطح زیرین پایه آلومینیومی به 40 درجه سانتیگراد برسد.
کانتور دما در صفحه ی طولی در شکل ‏565 نمایش داده شده است.
شکل ‏565 کانتور دما در صفحه ی طولی در حالت 12
در این حالت مشاهده میشود که دمای ماکزیمم به حدود 384 کلوین رسیده است لذا اگر سرامیکها را از جنس برلیا انتخاب کنیم، دما به طور چشم گیری کاهش می یابد.
کانتور دما از نمای روبروی کلکتور و پوسته ی خارجی در شکل ‏566 نمایش داده شده است.
شکل ‏566 کانتور دما از نمای روبروی کلکتور و پوسته ی خارجی در حالت 12
مشاهده میشود که دمای قسمتهای بالایی که از پایه فاصله دارد بیشتر از قسمتهای نزدیک به آن است.
کانتور دمای سرامیک بالایی از نمای بالا در شکل ‏567 نمایش داده شده است.
شکل ‏567 کانتور دمای سرامیک بالایی (نمای بالا) در حالت 12
حداکثر دما در محدودهی انتهایی سرامیک رخ داده است لذا امکان شکست سرامیک در اثر تنشهای حرارتی در قسمتهای قرمز رنگ بیشتر میباشد.
همچنین کانتور دما بر روی صفحه ی انتهایی کلکتور که از جنس آلومینا میباشد در شکل ‏568 نمایش داده شده است.
شکل ‏568 کانتور دما بر روی صفحه ی انتهایی کلکتور در حالت 12
دمای این قسمت به حدود 353 کلوین رسیده است.
همچنین نمودار توزیع دما بر روی خط شماره 1 در شکل ‏569 نمایش داده شده است.
شکل ‏569 نمودار توزیع دما بر روی خط شماره 1 در حالت 12
ماکزیمم دما بر روی خط شماره 1 در این حالت یه حدود 100 درجه سانتیگراد رسیده است.
5-4-13-جنس سرامیک از برلیا با دمای کف پایه آلومینیومی 50 درجه سانتیگراد و استفاده از هدایت حرارتی ثابت (حالت 13).
در این قسمت دمای سطح زیرین پایه آلومینیومی که به مبدل در تماس است برابر با 50 درجه سانتیگراد در نظر گرفته شد و هدایت حرارتی مواد مختلف مستقل از دما در نظر گرفته شده است.
کانتور دما در صفحه ی طولی در شکل ‏570 نمایش داده شده است.
شکل ‏570 کانتور دما در صفحه ی طولی در حالت 13
در این حالت دمای ماکزیمم حدود 400 کلوین محاسبه شده است.
با ثابت شدن ضریب هدایت حرارتی ، دمای ماکزیمم کمتر خواهد شد زیرا در شرایطی که ضریب هدایت با دما تغییر کند، افزایش دما سبب کاهش ضریب هدایت خواهد شد و این امر انتقال حرارت از پوسته ی داخلی به بیرون را کاهش میدهد.
توزیع دما بر روی قسمت شیب دار انتهایی کلکتور در شکل ‏571 نمایش داده شده است.
شکل ‏571 توزیع دما بر روی قسمت شیب دار انتهایی کلکتور در حالت 13
قسمت شیب دار انتهایی کلکتور یکی از قسمتهایی است به دمای ماکزیمم سیستم نزدیک است.
شکل ‏572 کانتور های دمایی را یه صورت دو گانه نمایش میدهد.
شکل ‏572 کانتور های دمایی در حالت 13
همچنین کانتور دما بر روی سرامیک بالایی در شکل ‏573 نمایش داده شده است.
شکل ‏573 کانتور دما در نمای بالا در حالت 13
که نسبت به حالت قبل(دمای پایه 40 درجه سانتیگراد) حدود 12درجه افزایش دما داشته است.
کانتور دما بر روی پوسته ی خارجی و قسمت شیب دار انتهایی در شکل ‏574 نمایش داده شده است.
شکل ‏574 کانتور دما بر روی پوسته ی خارجی و قسمت شیب دار در حالت 13
اختلاف دمای موجود بین این دو قسمت سبب ایجاد تنش های حرارتی در سرامیک جدا کننده میگردد همچنین اختلاف دمای حدود 10 درجهای در قسمت انتهایی کلکتور قابل مشاهده است.
5-4-14-جنس سرامیک از برلیا با دمای سطح زیرین پایه 50 درجه سانتیگراد و استفاده از هدایت حرارتی متغیر (حالت 14)
در این حالت کانتورهای دما بر روی صفحات مختلف در شکل ‏575 نمایش داده شده است.
شکل ‏575 کانتورهای دما بر روی صفحات مختلف در حالت 14
کانتور دما در راستای طولی در شکل ‏576 نمایش داده شده است.
شکل ‏576 کانتور دما در راستای طولی در حالت 14
در این حالت دما از 50 درجه سانتیگراد (323کلوین) در کف پایه شروع شده و به 395 کلوین رسیده است.
کانتور دما بر روی پوستهی داخلی در شکل ‏577 نمایش داده است.
شکل ‏577 کانتور دما بر روی پوسته ی داخلی در حالت 14
این پوسته از جنس مس فاقد اکسیژن میباشد که توانایی انتقال حرارت بالایی دارد اما از آنجا که این پوسته توسط سه سرامیک احاطه شده است، لذا مقدار

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید