پایان نامه رایگان با موضوع شبیه سازی، بهینه سازی، بهینه سازی حرارتی

از آلومینا باشد و دمای پایه آلومینیومی خنک کننده برابر با 50 درجه سانتیگراد در نظر گرفته شود در حالت زیر:
1- ضریب هدایت حرارتی ثابت در نظر گرفته شود.
2- ضریب هدایت حرارتی متغیر با دما در در نظر گرفته شود.
3- توان حرارتی ورودی به صورت میانگین بر روی سطح برخوردی توسط الکترونها داده شد.
4-جنس پایه خنک کننده از مس در نظر گرفته شود.
5- مقاومت تماسی کمی (در حالتی که مواد به یکدیگر لحیم شده باشند) در نظر گرفته شود.
6- مقاومت تماسی زیادی بین اجزا در نظر گرفته شود.
7- دمای سطح کف پایه و سطوح جانبی آن 3 درجه سانتیگراد در نظر گرفته شود.
ب- بدست آوردن توزیع دما در حالتی که جنس سرامیکهای بکار رفته در تقویت کننده از برلیا باشد و دمای پایه آلومینیومی خنک کننده برابر با 50 درجه سانتیگراد در نظر گرفته شود در حالت زیر:
1- ضریب هدایت حرارتی ثابت در نظر گرفته شود.
2- ضریب هدایت حرارتی متغیر با دما در در نظر گرفته شود.
3- توان حرارتی ورودی به صورت میانگین بر روی سطح برخوردی توسط الکترونها داده شود.
4- دمای سطح کف پایه و سطوح جانبی آن 3 درجه سانتیگراد در نظر گرفته شود.
پ- بدست آوردن توزیع دما در حالتی که جنس سرامیکهای بکار رفته در تقویت کننده از آلومینا باشد و دمای پایه آلومینیومی خنک کننده برابر با 50 درجه سانتیگراد در نظر گرفته شود در حالتی که انتقال حرارت تابشی نیز در شبیهسازی در نظر گرفته شود در حالتی که
مقاومت تماسی زیادی بین اجزا در نظر گرفته شود.
ت- بهینه سازی حرارتی سیستم با فرض اعمال نیرو بر الکترونها.
بررسی استقلال از شبکه:
در حالت استفاده از برلیا به عنوان سرامیک (حالتی که در عمل ساخته شده است) در دمای صفحه زیرین 50 درجه سانتیگراد سه حالت مش در نظر گرفته شد و مستقل بودن نتایج از
شبکه برای نمونه شماره 1 بررسی گردید
جدول ‏51 بررسی استقلال از شبکه نمونه شماره 1
تعداد المانهای استفاده شده برای مش بندی
ماکزیمم دمای کالکتور(کلوین)
202279
394/6
417010
395/0
460545
395/0
همچنین بررسی مستقل بودن نتایج از شبکه برای نمونه شماره 2 که دارای بالاترین توان ورودی و بالاترین دما در حالت استفاده از سرامیک آلومینا با دمای پایه خنک کننده 50 درجه سانتیگراد و مقاومت تماسی زیاد (بدترین حالت) میباشد نیز در جدول 5-2 نمایش داده شده است.
جدول ‏52 بررسی استقلال از شبکه نمونه شماره 2
تعداد المانهای استفاده شده برای مش بندی
ماکزیمم دمای کالکتور(کلوین)
388222
828/8
886042
830/0
942170
830/0
با توجه به جدول 5-1 و جدول 5-2، برای شبیه سازی نمونه شماره 1 از 417010 المان و برای شبیه سازی نمونه شماره 2 از 886042 المان استفاده شده است.
قبل از اینکه نتایج بیان شود باید نکات زیر را در نظر گرفت. این نکات در تمامی گزارش یکسانمیباشند.
5-2-محل عبور خطوط
محل قرار گرفتن خط شمارهی 1 برای بررسی دما در کلکتور در شکل ‏51و شکل ‏52 نمایش داده شده است.
خط شماره 1
شکل ‏51- نمای کناری خط شماره ی 1
خط شماره 2
شکل ‏52-نمای روبروی خط شماره ی 1
این خط، از صفحهی زیرین پایه آلومینیمی شروع گردیده و وارد پوستهی خارجی کلکتور شده است، سپس وارد پوسته ی داخلی و در ادامه وارد سرامیک بالایی شده و در نهایت دوبار وارد پوسته ی خارجی گردیده و از آن خارج شده است.
محل هایی که این خط از آنها عبور کرده به علت برخورد زیاد الکترونها از نظر حرارتی مهم میباشند.
محل قرار گرفتن خط شماره ی 2 برای بررسی دما در کلکتور در شکل ‏53 و شکل ‏54 نمایش داده شده است و از محل برخورد ماکزیمم تعداد الکترونها میگذرد.
شکل ‏53- نمای کناری خط شماره 2
خط شماره ی 2 همانند خط شماره 1 میباشد، با این تفاوت که در موقعیت عقبتری (مقدار X کمتری) قرار دارد. به عبارتی خط شماره 2 از محل بالاترین دما در کلکتور عبور کرده است.
شکل ‏54- نمای روبرو از خط شماره 2
خط شماره 2
محل قرار گرفتن خط شماره ی 3 برای بررسی دما در کلکتور در شکل ‏55 تا شکل ‏57 نمایش داده شده است.
شکل ‏55-نمای روبرو از خط شماره 3
خط شماره 3
شکل ‏56- نمای سه بعدی از خط شماره 3
شکل ‏57- نمای کناری خط شماره 3
محل عبور خط شماره 3 به صورت مورب به ترتیب از پایه آلومینیومی، پوسته خارجی، سرامیک، قسمت انتهایی پوسته داخلی کلکتور و پوسته خارجی گذشته است.
همچنین در راستای طولی و عرضی کلکتور نیز صفحاتی به منظور بررسی توزیع دما در آنها، عبور داده شدهاند که در شکل ‏58 و شکل ‏59 نمایش داده شده است.
شکل ‏58- صفحه عرضی
شکل ‏59- صفحه طولی
بعد از معرفی خطوط و صفحات فوق، به بررسی نتایج حاصل از مدل سازی میپردازیم.
5-3-نتایج حاصل از شبیه سازی برخورد الکترونها در نرم افزار CST
نرمافزار CST نرمافزاری قدرتمند در زمینه مدلسازی پدیدههای مایکروویو میباشد. این نرمافزار شامل چهار قسمت اصلی میباشد. قسمت اول CST Particle Studio، قسمت دوم Microwave Studio، قسمت سوم CST EM Studio، و قسمت چهارم آن Design میباشد. برای شبیهسازی برخورد الکترونها از قسمت اول (CST Particle Studio) استفاده شده است. نتایج حاصل از شبیهسازی که محل برخورد الکترونها را نشان میدهد در شکل ‏510 تا شکل ‏512 نمایش داده شده است.
شکل ‏510- محل برخورد الکترونها در کلکتور 900 وات با دیپرس
با توجه به شکل ‏510 محل برخورد الکترونها به 5 ناحیه تقسیم شده است که تا انتهای کلکتور ادامه دارند، مقدار توان از قسمت ابتدایی تا انتهای کلکتور به ترتیب برابر با 5.2 وات، 292 وات، 190 وات، 110 وات و 279 وات میباشد
شکل ‏511- محل برخورد الکترونها در کلکتور 900 وات بدون دیپرس
در حالتی که سیستم دیپرس قطع شود محل برخورد الکترونها مطابق شکل به 4 ناحیه تقسیم شده است و مقدار توان نیز به حدود 1845 وات رسیده است که به ترتیب دارای 43.3 وات، 583.1 وات، 373.5 وات و 845.5 وات (ناحیه انتهایی کلکتور) میباشند.
شکل ‏512- محل برخورد الکترونها در کلکتور 3000 وات با دیپرس
در کلکتور با توان 3000 وات، محل برخورد الکترونها به 4 ناحیه تقسیم شده است که از توان آنها به ترتیب 1430 وات، 686.9 وات، 337.1 وات،و 546.8 وات میباشند
5-4-نتایج حاصل از شبیهسازی نمونه شماره 1 در نرمافزار CFX
حالات متعددی که در حلگر CFX بدست آمدهاند به ترتیب زیر هستند که با نام حالات 1 و 2 و … در جدول 5-3 نامگذاری شدهاند:
جدول 5-3-حالات حل شده در حلگر cfx
دمای پایه (Cᵒ)
شرح حالت
شماره حالت
40
جنس سرامیک از آلومینیوم نیترید
(نمونه شماره 1)
1
50
2
70
3
70(توان ورودی میانگین)
4
90
5
40
جنس سرامیک از آلومینا
(نمونه شماره 1)
6
50
7
70
8
90
9
70(توان وروردی میانگین)
10
70(توان ورودی میانگین و هدایت حرارتی ثابت)
11
40
جنس سرامیک از برلیا
(نمونه شماره 1)
12
50(هدایت حرارتی ثابت)
13
50
14
70
15
70(توان وروردی میاننگین)
16
90
17
50(بدون سیستم دیپرس)
18
50 (حالت گذرا)
19
50(هدایت حرارتی ثابت)
جنس سرامیک از آلومینا
(نمونه شماره 2)
20
50
21
50(توان ورودی میانگین)
22
50(جنس پایه از مس)
23
3(تماس سه وجه پایه با مبدل)
24
50(هدایت حرارتی ثابت)
جنس سرامیک از برلیا
(نمونه شماره 2)
25
50
26
50(توان ورودی میانگین)
27
3(تماس سه وجه پایه با مبدل)
28
50 (مقاومت تماسی اندک)
29
50(مقاومت تماسی زیاد)
30
50(مقاومت تماسی زیاد و در نظر گرفتن تابش)
31
50( با پوشش نیکل)
جنس سرامیک از آلومینا
(نمونه شماره 2)
32
50 (بهینه سازی)
33
علت در نظر گرفته شدن دماهای مختلف برای صفحه زیرین، بررسی حرارتی کلکتور با استفاده از چیلرهایی با ظرفیت مختلف میباشد. لذا هر یک از حالات در نظر گرفته شده معادل چیلری با ظرفیت تبرید بخصوص میباشد و در جای خود از اهمیت بالایی برخوردار است.
5-4-1-جنس سرامیک از آلومینیوم نیترید با دمای پایه 40 درجه سانتیگراد (حالت 1)
کانتور دما بر صفحه عمود بر محور کلکتور در شکل ‏513 نمایش داده شده است.
شکل ‏513 توزیع دما در صفحه عرضی در حالت 1
در این حالت حداکثر دما به حدود 390 کلوین رسیده است. همچنین دمای سرامیک بالایی
به دلیل دور بودن از مبدل حرارتی، بیشتر از دو سرامیک دیگر گزارش شده است.
کانتور دما بر صفحهی در راستای طولی کلکتور در شکل ‏514 نمایش داده شده است.
شکل ‏514-توزیع دما در صفحه طولی در حالت 1
با توجه به کانتور دما در صفحه طولی، حداکثر دما در نیمه بالایی انتهای کلکتور رخ داده است.
کانتور دما بر روی پوسته داخلی در شکل ‏515 نمایش داده شده است.
شکل ‏515 دمای پوسته داخلی در حالت 1
از آنجا که پوسته داخلی کلکتور در معرض بمباران مستقیم الکترونها میباشد لذا دارای دمای ماکزیمم در بین اجزا مختلف کلکتور خواهد بود.
نمودار های توزیع دما بر روی خطوط شماره 1 و 3 در شکل ‏516 و شکل ‏517 نمایش داده شدهاند.
شکل ‏516 توزیع دما بر خط 1 در حالت 1
شکل ‏517 توزیع دما بر خط 3 در حالت 1
در هر دو نمودار، تغییر شیبها بیانگر جنس های مختلفی است که در کلکتور به کار برده شده است.
برای مقایسه ی بهتر هر دو نمودار را در شکل ‏518رسم مینماییم.
شکل ‏518توزیع دما در خطوط 1 و 3 در حالت 1
همانطور که مشاهده میشود مقدار ماکزیمم دمای بدست آمده در نمودارها تقریبا یکسان است که به علت هدایت حرارتی بالا در مس میباشد.
5-4-2-جنس سرامیک از آلومینیوم نیترید با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد (حالت 2)
کانتور دما در صفحه ی طولی در شکل ‏519 نمایش داده شده است.
شکل ‏519 توزیع دما در صفحه طولی در حالت 2
در این حالت فرض شده است که جریان آب در مبدل به گونهای باشد که دمای پایه آلومینیومی به 50 درجه سانتیگراد برسد.
همچنین توزیع دما در صفحه ای عمود بر راستای طولی کلکتور (صفحه عرضی) در شکل ‏520 نمایش داده شده است.
شکل ‏520 توزیع دما در صفحه عرضی در حالت 2
کانتور دما از دمای حداقل کلکتور در پایه شروع شده و به 400 کلوین رسیده است.
برای درک هرچه بیشتر، کانتورهای دما را در صفحات مختلفی و به صورت عمود بر راستای کلکتور، در شکل ‏521 نمایش داده شدهاند
شکل ‏521 توزیع دما در حالت 2
همانطور که مشاهده میشود با دور شدن از محل برخورد الکترونها و رفتن به سمت قسمتهای انتهایی کلکتور، دما کاهش می یابد.
این کاهش دما، بر لزوم میزان پخش شدگی هرچه بیشتر الکترونها تاکید میکند. به عبارت دیگر هر چه الکترونها به سطح بزرگتری برخورد کنند، میزان انرژی بر واحد سطح آنها کاهش یافته و این امر سبب کاهش دمای مجموعه خواهد شد. در صورتی که مقدار زیادی از الکترونها به سطح کمی برخورد کنند، افزایش دمای زیادی در نقطه ی برخورد خواهیم داشت که میتواند دمای سیستم را تا دمای ذوب مس فاقد اکسیژن بالا ببرد.
نمایی سه گانه از کانتور دمای پوسته ی داخلی در شکل ‏522 نمایش داده شده است.
شکل ‏522 نمای سه گانه در حالت 2
این شکل در مقایسه با حالتی که دمای پایه 40 درجه بود، دارای دمای ماکزیمم بالاتری میباشد.
در مجموع افزایش دمای آب در مبدل که سبب افزایش دمای صفحهی پایینی پایه آلومینیومی از 40 به 50 درجه ی سانتیگراد شده است، مقدار ماکزیمم دما را 2/10 درجه سانتیگراد افزایش داده است؛ علت برابر نبودن افزایش دمای صفحهی پایینی پایه آلومینیومی و ماکزیمم دما، وابسته بودن ضریب هدایت حرارتی

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *