3 Экспериментальные результаты и их обсуждение

3.1 Расчет характеристик вентилятора и свойств газового тракта лазера

Рассмотрим некоторые характеристики лазера, используемые в расчетах.

– Газовая смесь Ne:Xe:HCl=925:15:1 при давлении P=3,7 атм;

– Плотность неона: _Ne=0,9 кгм³;

– Теплоемкость неона: c_pNe=1030 Джкг ºС;

– Кинематическая вязкость неона при P=3,7 атм: _Ne=8,710^-6 м²с.

Разрядная камера:

– Длина: l_к = 0,95 м;

– Диаметр: d_к = 0,3 м.

Вентилятор:

– Длина: l_а = 0,8 м;

– Диаметр: d_а= 0,08 м;

– Скорость вращения: n = 2730 обмин = 45,5 Гц.

Разрядный промежуток:

– Длина: l_рп=0,56 м;

– Ширина: a_рп= 9∙10^-3м;

– Высота: d_рп=28 ∙10^-3м.

Теплообменник:

– Толщина ребер:=1,5 ∙10^-3м;

– Высота ребер:= 0,01 м;

– Шаг ребер:=5,5 ∙10^-3м;

– Внутренний диаметр труб: d_внутр=1 ∙10^-2м;

– Внешний диаметр труб: d_внеш=16 ∙10^-3м;

– Количество труб: 4 шт;

– Количество ребер одной трубы: 130 шт;

– Длина оребренной части трубы: l_тр=0,9 м.

Коэффициент расхода [37].:

=(3.1)

где - производительность элементарной секции вентилятора, м³/сек.

- наружный диаметр рабочего колеса, м.

- длина элементарной секции, м.

- окружная (линейная) скорость на наружном диаметре, м/c.

Коэффициент давления:

, (3.2)

где H - напор, создаваемый вентилятором, Па;

- плотность газовой смеси, кг/м³;

= 0,93,7 = 3,3 кгм³

Производительность элементарной секции вентилятора:

(3.3)

где - скорость газового потока в разрядном промежутке, м/с;

- межэлектродный зазор, м.

При частоте срабатывания лазера f=100 Гц и ширине разрядной области a_рп= 9∙10^-3 м достаточная для устойчивой работы лазера трехкратная смена газа в разрядном промежутке будет достигаться при скорости газового потока:

= af3 = 9∙10^-31003 = 2,7 м/с.

Для этой скорости оценки показывают, что потребляемая мощность составит десятки ватт, но из-за низкой скорости потока, нужна развитая поверхность теплообменника. Влияние скорости газа на температуру после теплообменника достаточно очевидно, поскольку увеличению скорости при постоянном подводе тепла соответствует больший коэффициент теплоотдачи от газа к трубам. Однако связь в данном случае не пропорциональна, т.к. количество переданного тепла определяется кроме того температурным напором, который при изменении скорости будет изменяться из-за изменения температуры на входе в теплообменник.

Поэтому нами используется вентилятор диаметром 0,08 м при 45,5 Гц.

При скорости вращения вентилятора n=45,5 Гц и диаметре рабочего колеса 0,08 м:

U_а= м/с.

Экспериментально измеренная скорость воздушного потока в разрядном промежутке составляет 12 м/с.

Используя эти данные, получим:

Q_э=12 0,65 2,810^-2 = 0,22 м³/с;

 == 0,37,

- для газовой смеси Ne:Xe:HCl=925:15:1 при давлении P=3,7 атм.

Плотность смеси: _Ne= 0,93,7 = 3,3 кгм³.

По аэродинамической характеристике вентилятора [38] (рисунок 11), находим: =2,6.

Рисунок 11 – Аэродинамическая характеристика вентилятора

Напор, создаваемый вентилятором, тратится на преодоление сопротивления тракта и на преодоление собственного сопротивления вентилятора.

=2,63,3=560,47 Па

Мощность электродвигателя, необходимая для привода вентилятора, составляет:

P_вент=_,(3.4)

где z - число элементарных секций в вентиляторе, z=1;

- КПД вентилятора, =0,45;

P_вент== 274,01 Вт.

Учитывая КПД двигателя (мощность, потребляемая для привода вентилятора, при суммарном аэродинамическом сопротивлении тракта, равном H_{вентилятора}):

P_{реальное} = P=391,44 Вт