دانلود پایان نامه ارشد : بررسی عددی انتقال حرارت سه بعدی در کلکتور تقویت کننده­ موج رونده

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته : مهندسی مکانیک

گرایش : تبدیل انرژی 

عنوان : بررسی عددی انتقال حرارت  سه بعدی در کلکتور تقویت کننده­ موج رونده

دانشکده‌ی مهندسی مکانیک

 پایان نامه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی مکانیک (گرایش تبدیل انرژی)

بررسی عددی انتقال حرارت  سه بعدی در کلکتور تقویت کننده­ موج رونده با توان ورودی 900 و 3000 وات

 استاد راهنما

دکتر علی اکبر گلنشان

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

 

لامپ­ موج رونده[1] یکی از انواع تقویت­کننده­های امواج مایکروویو می­باشد. این لامپ از پنج قسمت اصلی تشکیل شده است که عبارتند از، تفنگ الکترونی، ساختار موج آهسته، کانکتورهای ورودی و خروجی موج، سیستم متمرکز­کننده مغناطیسی و کلکتور. پرتو الکترونی منتشر شده توسط تفنگ الکترونی با عبور از ساختار موج آهسته، درصدی از انرژی خود را صرف تقویت موج مایکروویو نموده و مابقی آن را در برخورد با بدنه کلکتور به گرما تبدیل می­نماید. کلکتور از یک بدنه داخلی تشکیل شده که توسط سرامیک­هایی که وظیفه ایزولاسیون الکتریکی را بر عهده دارند از بدنه خارجی جدا شده است. هدف از پژوهش حاضر به دست آوردن توزیع دما در کلکتور و بهینه سازی حرارتی آن با توجه به سرامیک­هایی است که دارای جنس­های متفاوت می­باشند. برخورد الکترون­ها و توزیع توان بر روی بدنه داخلی کلکتور توسط نرم­افزار شبیه­سازی CST، و آنالیز عددی انتقال حرارت با استفاده از نرم­افزار ANSYS-CFX با در نظر گرفتن ضریب هدایت حرارتی متغیر با دما برای سرامیک­ها انجام گرفته است. در شبیه­سازی، سرامیک­ها از جنس­های آلومینا[2] ، برلیا[3] و آلومینیوم نیترید[4] درنظر گرفته شده و با یکدیگر مقایسه شده­­اند. توزیع دمای بهینه، در حالتی که از سرامیک برلیا به عنوان ایزوله کننده استفاده شود مشاهده گردیده و نتایج با استفاده از اندازه­گیری دما در حالت کارکرد عملی اعتبارسنجی شده­است.

  فهرست

عنوان                                                                                                  صفحه                                  

1-  مقدمه……………………………………………………………………………..2

1-1-پیشگفتار 2

1-2-آشنایی با لامپ های مایکروویو. 2

1-3- لامپ TWT. 3

1-4-اهداف تحقیق.. 5

2-  مروری بر تحقیقات پیشین…………………………………………………………9

2-1-پیشینه تاریخی.. 9

3-  روش انجام تحقیق……………………………………………………………….20

3-1- مقدمه. 20

3-2- امتیازات محاسبات تئوری.. 20

3-3- نارسایی های محاسبات تئوری.. 22

3-4-هندسه. 23

4-  معادلات حاکم……………………………………………………………………35

4-1- مقدمه. 35

4-2- شرایط مرزی.. 36

4-3-معادلات حاکم. 37

5-  نتایج…………………………………………………………………………….43

5-1- مقدمه. 43

5-2-محل عبور خطوط.. 47

5-3-نتایج حاصل از شبیه سازی برخورد الکترون ها در نرم افزار CST. 50

5-4-نتایج حاصل از شبیه سازی نمونه شماره 1 در نرم افزار CFX.. 52

5-4-1-جنس سرامیک  از آلومینیوم نیترید  با دمای پایه 40 درجه سانتیگراد (حالت 1) 54

5-4-2-جنس سرامیک  از آلومینیوم نیترید با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد (حالت 2) 57

5-4-3-جنس سرامیک  از آلومینیم نیترید  با دمای پایه 70 درجه سانتیگراد (حالت 3) 60

5-4-4-جنس سرامیک  از آلومینیوم نیترید  با دمای پایه 70 درجه سانتیگراد با حرارت ورودی میانگین گیری شده (حالت 4) 64

5-4-5-جنس سرامیک  از آلومینیوم نیترید  با دمای پایه 90 درجه سانتیگراد (حالت 5) 66

5-4-6-جنس سرامیک از آلومینا با دمای سطح کف پایه آلومینیومی برابر با 40 درجه سانتیگراد (حالت 6) 68

5-4-7-جنس سرامیک از آلومینا با دمای کف پایه آلومینیومی 50 درجه سانتیگراد (حالت 7) 71

5-4-8-جنس سرامیک از آلومینا با دمای کف پایه70 درجه سانتیگراد (حالت 8) 74

5-4-9-جنس سرامیک از آلومینا با دمای کف پایه آلومینیومی90 درجه سانتیگراد (حالت 9) 76

5-4-10-جنس سرامیک از آلومینا  با دمای پایه 70 درجه سانتیگراد وحرارت ورودی میانگین (حالت 10) 79

5-4-11-جنس سرامیک از آلومینا با دمای پایه 70 وحرارت ورودی میانگین با هدایت حرارتی ثابت (حالت 11) 81

5-4-12-جنس سرامیک از برلیا با دمای کف پایه آلومینیومی 40 درجه سانتیگراد (حالت 12) 84

5-4-13-جنس سرامیک  از برلیا  با دمای کف پایه آلومینیومی 50 درجه سانتیگراد و استفاده از هدایت حرارتی ثابت (حالت 13). 86

5-4-14-جنس سرامیک  از برلیا  با دمای سطح زیرین پایه 50 درجه سانتیگراد و استفاده از هدایت حرارتی متغیر (حالت 14) 89

5-4-15-جنس سرامیک  از برلیا  با دمای سطح زیرین پایه آلومینیومی برابر با 70  درجه سانتیگراد (حالت 15) 91

5-4-16-جنس سرامیک  از برلیا  با دمای سطح زیرین پایه 70  درجه سانتیگراد با حرارت ورودی میانگین (حالت 16) 95

5-4-17-جنس سرامیک  از برلیا با دمای سطح زیرین پایه برابر 90 درجه سانتیگراد (حالت 17) 98

5-4-18-جنس سرامیک از برلیا با دمای سطح زیرین پایه برابر 50 درجه سانتیگراد و بدون سیستم دیپرس( حالت 18) 100

5-4-19-جنس سرامیک از برلیا با دمای سطح زیرین پایه برابر 50 درجه سانتیگراد و بدون سیستم دیپرس در حالت زمانمند (حالت 19) 102

5-4-20-مقایسه توزیع دما در سرامیک بالایی. 105

5-5-اعتبار سنجی.. 106

5-6-نتایج حاصل از شبیه سازی نمونه شماره 2 در نرم افزار CFX.. 108

5-6-1-جنس سرامیک  از آلومینا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی ثابت (حالت 20) 108

5-6-2-جنس سرامیک  از آلومینا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی متغیر (حالت 21) 109

5-6-3-جنس سرامیک  از آلومینا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی متغیر با توان ورودی میانگین (حالت 22) 110

5-6-4-جنس سرامیک  از آلومینا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی متغیر با جنس پایه خنک کننده از مس (حالت 23) 112

5-6-5-جنس سرامیک  از آلومینا و ضریب هدایت حرارتی متغیر  و تماس سه وجه پایه با مبدل (حالت 24) 113

5-6-6-جنس سرامیک  از برلیا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی ثابت (حالت 25) 114

5-6-7-جنس سرامیک  از برلیا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی متغیر (حالت 26) 116

5-6-8-جنس سرامیک  از برلیا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی متغیر با توان میانگین ورودی (حالت 27) 118

5-6-9-جنس سرامیک  از برلیا و ضریب هدایت حرارتی متغیر  و تماس سه وجه پایه با مبدل (حالت 28) 119

5-6-10-جنس سرامیک  از آلومینا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی متغیر با مقاومت تماسی اندک (حالت 29) 121

5-6-11-جنس سرامیک  از آلومینا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی متغیر با مقاومت تماسی زیاد(حالت 30) 121

5-6-12-جنس سرامیک  از آلومینا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی متغیر با مقاومت تماسی زیاد و در نظر گرفتن تابش (حالت 31) 123

5-6-13-پوشش (کوتینگ) سرامیک ها با نیکل. 125

5-6-14-جنس سرامیک  از آلومینا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی متغیر در حالت بهینه. 126

5-7-جمع بندی و نتیجه گیری.. 127

5-8-پیشنهادات.. 129

6-  مراجع………………………………………………………………………….130

پیشگفتار

امروزه امواج مایکروویو علاوه بر اینکه بیشتر از 60% سیستم­های راداری را در بر می­گیرد، در مواردی مانند ارتباطات هوانوردی، هواشناسی، دریا نوردی، ماهواره­های ارتباطی، ماهواره­های سنجش از راه دور، تشخیص پزشکی و وسایل صنعتی نقش عمده­ای دارد ]1 .[

امواج مایکروویو پس از برخورد با یک ماده، یا منعکس می­شوند، یا عبور می­کنند، یا جذب ماده می­شوند و یا ترکیبی از عبور و جذب و انعکاس امواج رخ می­دهد. این امواج اگر به سطح فلزات برخورد کنند، منعکس خواهند شد، از شیشه و پلاستیک عبور می­کنند و موادی که حاوی آب هستند، مانند غذاها و بدن انسان، انرژی این امواج را جذب و به حرارت تبدیل می­کنند، لذا قرار گرفتن در معرض تابش مستقیم امواج ماکروویو می­تواند موجب سوختگی­های عمیق بافتی شود ]1 .

1-2-آشنایی با لامپ­های مایکروویو

لامپ مایکروویو اصطلاحا به دستگاهی گفته می­شود که جهت تقویت، یا تولید و تقویت امواج مایکروویو بکار می­رود. اولین لامپ مایکروویو در دهه ۱۹۳۰ در انگلیس ساخته شد و سپس از آن در ساخت و توسعه سیستم رادار در خلال جنگ جهانی دوم استفاده شد. لامپ‌ها برای تولید توان‌های بسیار بالا (۱۰ کیلو وات تا ۱۰ مگا وات) و فرکانس‌های بالای امواج میلی متری (۱۰۰ گیگا هرتز و بالاتر) لازم و ضروری می‌باشند]1[.

لامپ­های مایکروویو انواع مختلفی دارند که از جمله آن­ها می­توان، لامپ مگنترون­(Magnetron)، لامپ کلایسترون (Klystron) و لامپ  موج رونده (Traveling Wave Tube) که به اختصار TWT نامیده می­شود، را نام برد. برخی از لامپ­های مایکروویو فقط عمل تقویت را انجام می­دهند، مانند TWT و کلایسترون، و برخی دیگر مانند مگنترون، عمل تولید و تقویت سیگنال را همزمان به عهده دارند ]1 .

1-3- لامپ [1] TWT

این لامپ از سه قسمت اصلی؛ تفنگ الکترونی، ساختار موج آهسته و کلکتور  تشکیل شده است (شکل ‏1‑1). قسمت اول، یعنی تفنگ الکترونی (الکترون گان)، وظیفه­ی گسیل کردن الکترون­ها را به عهده دارد. الکترون­ها پس از اینکه در قسمت گان تولید شدند، وارد قسمت دوم سیستم؛ ساختار موج آهسته؛ که در وسط آن هلیکس قرار دارد، می­شوند. ازطرفی دیگر، موج [2]RF را به وسیله­ی کانکتور وارد هلیکس می­کنند (کانکتور یکی از قسمت­های نسبتا مهم TWT می­باشد که بعد از هلیکس و قبل از کلکتور قرار دارد و وظیفه­ی انتقال توان از هلیکس به بیرون را دارد). در هلیکس در اثر برهمکنش الکترون­ها و موج RF، تقویت موج انجام می­شود. در این قسمت الکترون­ها تنها بخشی از انرژی خود را به موج RF منتقل کرده و وارد قسمت سوم سیستم، یعنی کلکتور می­شوند. در این قسمت الکترون­ها باقیمانده انرژی خود را به کلکتور می­دهند که این امر باعث افزایش دمای کلکتور می­گردد. با توجه به ساختار پیچیده­ی کلکتور و وجود مواد مختلف در آن و فرایندهای مختلف ساخت، تحلیل حرارتی کلکتور از اهمیت ویژه­ای برخوردار است ]2 .[

لامپ­های TWT بر اساس جفت شدن پرتو الکترونی با میدان RF در ساختار موج آهسته [3](SWS) کار می­کنند. میدان­های الکتریکی و مغناطیسی می­بایست درفضای داخل لامپ با یکدیگر موازی باشند و در نتیجه حرکت الکترون­ها خطی و در امتداد محور هلیکس است، به همین دلیل، این نوع لامپ­ها را لامپ­های خطی نیز می­نامند. از طرف دیگر چون الکترون­ها در فضای موج آهسته RF حرکت می­کنند، لذا این لامپ­ها را، لامپ­های موج رونده  (TWT) نیز می­گویند ]2 .[

شکل ‏1‑1 ساختار یک لامپ TWT ]1 .[

شکل ‏1‑2- مسیر عبور الکترون­ها در یک لامپ TWT ]1 .

1-4-اهداف تحقیق

همانگونه که ذکر شد الکترون­ها پس از اینکه در الکترون­گان تولید شدند، از قسمت میانی سیستم گذشته و وارد قسمت سوم، یعنی کلکتور می­گردند. وظیفه­ی کلکتور جمع آوری این الکترون­های پر انرژی بوده، و لذا این عمل باعث بالا رفتن دمای قسمت­های مختلف کلکتور می­شود. معمولا برای بالا بردن ظرفیت جذب، سطح کلکتور را به صورت شیبدار طراحی می­نمایند تا سطح جذب کننده­ی الکترون­ها افزایش یابد.

با توجه به تحت خلا بودن ساختار داخلی و بالا بودن هدایت حرارتی مواد بکار رفته، انتقال حرارت از سطح داخلی کلکتور به سطوح خارجی، به روش هدایت صورت می­گیرد و از آنجا به وسیله انتقال حرارت جابجایی به محیط داده می­شود.

افزایش دمای کلکتور یکی از عوامل محدود کننده در کارآیی لامپ TWT می­باشد. اگر دمای سطح  داخلی کلکتور از دمای ذوب لحیم­های بکار رفته در کلکتور فراتر رود باعث ذوب شدن لحیم­های سازه شده و موجب از بین رفتن خلا درون لامپ و در نهایت باعث از کار افتادن کل سیستم می­گردد. بنابراین، اهداف این پژوهش به صورت زیر ارائه می­گردند:

1- بدست آوردن کانتور دما در تمامی اجزا کلکتور یک لامپ 900 وات با هندسه 3 بعدی، با توجه به جنس سرامیک­های بکار رفته در کلکتور، که از برلیا، یا آلومینا و یا آلومینیوم نیترید می­تواند باشد. در تمام حالات فوق دمای مربوط به صفحه کف (بیس) کلکتور 900 وات در دمای 40 و 50 و 70 و 90 درجه سانتیگراد در نظر گرفته می­شود.

2- بدست آوردن کانتور دما در تمامی اجزا کلکتور یک لامپ 3000 وات با هندسه 3 بعدی، با توجه به جنس سرامیک­های بکار رفته در کلکتور، که از برلیا و یا آلومینا می­تواند باشد.

3-بررسی و مقایسه­ی کانتور دما در کلکتور لامپ 3000 وات در حالتی که توان ورودی به صورت میانگین بر روی سطح داخلی کلکتور پخش شده باشد با حالت اصلی (توان هر قسمت از سطح داخلی کلکتور بر روی همان قسمت وارد شود) در حالتی که جنس سرامیک­های بکار رفته در کلکتور از برلیا و یا آلومینا باشد.

4-  بدست آوردن کانتور دما در کلکتور 3000 وات در حالتی که علاوه بر سطح زیرین، سطوح جانبی نیز در اثر تماس با مبدل در دمای ثابت نگه داشته شوند، در دو حالت استفاده از آلومینا و برلیا.

5- حل گذرا در حالتی که توان ورودی کلکتور 900 وات به طور ناگهانی و به علت نقص در سیستم دو برابر شود.

تعداد صفحه : 158

قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09309714541 (فقط پیامک)        info@arshadha.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

--  -- --

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید