Расчет охлаждения газовой смеси теплообменника

При расчете аэродинамического сопротивления теплообменника скорость газового потока в нем оценена равной 4,11мс.

В течении импульса возбуждения в разрядном промежутке в газ вкладывается энергия:

При объеме активной области:

V=шdl=0,0240,80,01=19210^-6 (м³)

Температура газа увеличивается следующим образом:

T=Qmc

Q=0,5 Дж

m_Ne=V=0,919210^-6=172,810^-6 (кг)

T==0,7 ºС

После прохода промежутка, до теплообменника, объем газа, в который была вложена энергия, разбавляется в 60 раз.

Tпосле разбавления:

T=0,760=0,01 ºС

Температура смеси, подходящей к теплообменнику составляет:

T=40+0,01=40,01 ºС

P_{отводимая}=SQ=S

S=S_ребер+S_{гладкой трубы}=

S_ребер=, где

130-количество ребер одной трубы

2-количество сторон одного ребра

S_ребер=3,14(0,019²-0,008²)2130=0,242 (м²)

S_{гладкой трубы}=3,140,016(0,9-0,0015130)=0,035 (м²)

S=0,242+0,035=0,277 (м²)

S_{четырех труб}=40,277=1,108 (м²)

Для нахождения температуры газовой смеси в камере необходимо приравнять мощность, вводимую в смесь и мощность, отводимую с помощью теплообменника. Вводимая энергия поступает из двух каналов: энергия, вкладываемая в смесь объемным электрическим разрядом в разрядном промежутке (составляет 50 Вт), и энергия нагрева смеси в результате работы вентилятора (составляет порядка 150 Вт).

Таким образом, для достижения баланса в камере должно соблюдаться равенство:

P_{отводимая}=P_{вводимая}=50+150=200 (Вт)

P_{отводимая}=SQ=S

x=2=5,52=2,75 (мм)

Из уравнения баланса мощностей найдем разницу температур между газовой смесью и водой в оребренных трубах теплообменника:

P=1,108 0,051,5

P=30,2T=200

T6,6C

Отсюда, при температуре воды 15С, температура смеси будет составлять порядка 21,6С, что достаточно для нормальной и устойчивой работы лазера.

Магнитная муфта

Связь мощности вентилятора P_вент, скорость обращения-n_об, и момента силы магнитной муфты-M.

P=Fl

Где:

F-сила

l-плечо силы.

=2f

Где:

-круговая частота

f- частота оборотов привода вентилятора.

F=ma; a=g=9,81мс²

m-масса груза, закрепленного на рычаге с плечомl.

Тогда:

P=mal2f;

f=

M=ml

Отсюда:

P===Mn1,03Mn

Таблица 2 Зависимость необходимого момента силы М магнитной муфты от оборотов и мощности вентилятора, кгм.

n,об/мин	500	750	1000	1250	1350	1500	1750	2000	2250	2500	2750	3000
Pвент
50	0,10	0,07	0,05	0,04	0,04	0,03	0,03	0,03	0,02	0,02	0,02	0,02
100	0,20	0,13	0,10	0,08	0,07	0,07	0,06	0,05	0,04	0,04	0,04	0,03
150	0,30	0,20	0,15	0,12	0,11	0,10	0,09	0,08	0,07	0,06	0,05	0,05
200	0,40	0,27	0,20	0,16	0,15	0,13	0,11	0,10	0,09	0,08	0,07	0,07
250	0,50	0,33	0,25	0,20	0,19	0,17	0,14	0,13	0,11	0,10	0,09	0,08
300	0,60	0,40	0,30	0,24	0,22	0,20	0,17	0,15	0,13	0,12	0,11	0,10
350	0,70	0,47	0,35	0,28	0,26	0,23	0,20	0,18	0,16	0,14	0,13	0,12
400	0,80	0,53	0,40	0,32	0,30	0,27	0,23	0,20	0,18	0,16	0,15	0,13
450	0,90	0,60	0,45	0,36	0,33	0,30	0,26	0,23	0,20	0,18	0,16	0,15
500	1,00	0,67	0,50	0,40	0,37	0,33	0,29	0,25	0,22	0,20	0,18	0,17

В муфте использовались магниты 5мп502010кл Б.

Состава:неодим-железо-бор.

В лазере установлена компактная магнитная муфта в коаксиальном исполнении, состоящая из четырех магнитов во внешней обойме и двух магнитов на вале, размешенном в разделительном стакане. По результатам проведенных измерений момент силы муфты равен 0,5 кгм. При оборотах двигателя 2730 мин^-1и мощности двигателя 250 Вт. Необходимый момент муфты составляет0,09 кгм. (см. таблицу №1)