2.4 Расчет характеристик вентилятора и свойств газового тракта лазера

Некоторые характеристики лазера, используемые в расчетах

Смесь:

Ne:Xe:HCl=1000:10:1 приP=4 атм

Плотность неона: _Ne=0,9 кгм³

Теплоемкость неона: c_pNe=1,03 ДжгК

Кинематическая вязкость неона при P=4 атм:_Ne=8,710^-6м²с.

Разрядная камера:

Длина: l_к=950 мм

Диаметр: d_к=300 мм.

Вентилятор:

Длина: l_а=800 мм

Диаметр: d_а=80 мм.

Скорость вращения: n=2730 обмин.

Разрядный промежуток:

Длина: l_рп=560 мм

Ширина: ш_рп=10 мм

Высота: d_рп=24 мм

Теплообменник:

Толщина ребер:=1,5 мм

Высота ребер:=10 мм

Шаг ребер:=5,5 мм

Внутренний диаметр труб: d_внутр=10 мм

Внешний диаметр труб: d_внеш=16 мм.

Количество труб: 4 шт.

Количество ребер одной трубы: 130 шт.

Длина оребренной части трубы: l_тр=900 мм.

Коэффициент расхода [28].:

=(2.4.1)

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:

(2.4.2) где:

H- напор, создаваемый вентилятором, Па.

- плотность газовой смеси, кг/м³

_Ne=0,94=3,6 кгм³

Производительность элементарной секции вентилятора:

(2.4.3)

где:

- скорость газового потока в разрядном промежутке, м/с.

- межэлектродный зазор, м.

При частоте срабатывания лазера f=100 Гц и ширине разрядной области ш=1 см достаточная для устойчивой работы лазера трехкратная смена газа в разрядном промежутке будет достигаться при скорости газового потока:

=af3=0,011005=5 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 используем вентилятор диаметром 80 мм при 2730 обмин.

При скорости вращения вентилятора n=2730 об/мин и диаметре рабочего колеса 80 мм:

U_а=м/с

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

Используя эти данные, получим:

Q_э=120,80,024=0,23 м³/с

==0,31

Для смеси Ne:Xe:HCl=1000:10:1 приP=4 атм

Плотность смеси:

_г_Ne=0,94=3,6 кгм³

По аэродинамической характеристике вентилятора [29], рис 16. находим:

=2,6

Рисунок 15. Аэродинамическая характеристика вентилятора

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

=2,63,6=611,4 Па

Мощность электродвигателя, необходимая для привода вентилятора, составляет:

P_вент=_,(2.4.4)

где:

z- число элементарных секций в вентиляторе (z=1),

- КПД вентилятора (=0,45),

P_вент==312,5 Вт.

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

P_{реальное}=P=446 Вт