Расчет системы масляного охлаждения

Количество тепла, передаваемое от охлаждаемой поверхности анода к жидкости в единицу времени, определяется выражением:

                                             ,                                           (6)

где Q₁ – тепло, отдаваемое торцевой частью охлаждаемой поверхности, ккал/ч; Q₂ – тепло, отдаваемое цилиндрической частью охлаждаемой поверхности, ккал/ч.

,                     (7)

где α₁ – коэффициент теплоотдачи торцевой поверхности, ккал/м²×ч×град; F₁ - площадь торцевой поверхности, м²; T_ст – температура охлаждаемой стенки,°С;T_ж – средняя температура охлаждающей жидкости, °С.

,                          (8)

где l₂ – коэффициент теплопроводности материала анода (для меди l₂ = 330 ккал/м×ч×град); F₂ – площадь поперечного сечения металлической трубчатой части анода, м²; , α₂ – коэффициент теплоотдачи цилиндрической поверхности анода, ккал/м²×ч×град;  – внутренний периметр сечения канала анода, м.

Коэффициенты теплоотдачи α₁ и α₂ могут быть рассчитаны по формулам:

                (9)

           (10)

где – безразмерная величина – критерий Рейнольдса, характеризующая режим движения жидкости в подводящей трубке;  – критерий Рейнольдса, характеризующий режим движения в цилиндрическом зазоре охлаждающей системы; w₁, w₂ – скорости движения жидкости в подводящей трубке и цилиндрическом зазоре, м/сек; d₂ – диаметр сечения отверстия подводящей трубки, м;  – эквивалентный диаметр цилиндрического зазора, по которому движется охлаждающая жидкость, м; S₂ – сечение этого зазора, м²; L – его периметр, м;  – критерий Прандтля, характеризующий физические свойства охлаждающей жидкости; ν – кинематическая вязкость жидкости, м²/сек; a– коэффициент температуропроводности жидкости, м²/сек; l - коэффициент теплопроводности жидкости, ккал/м×ч×град.

Скорости воды ω₁ и ω₂ могут быть найдены из выражений:

                                 (11)

                                 (12)

где V – расход жидкости, л/мин; S₁ – сечение отверстия в подводящей трубке, м²; S₂ – сечение зазора, м².

ч

По формулам (6) – (12) был произведен расчет масляной системы охлаждения, результаты которого представлены далее:

Площадь торцевой поверхности:

Площадь сечения меди трубчатой части анода:

Сечение подводящей трубки:

]

Сечение кольцевого зазора:

]

Внутренний периметр сечения канала анода:

 [м]

Расчет скорости потоков:

Расчет критерия Рейнольдса:

Расчет теплоотдачи поверхностей:

 

 

Расчет отводимого поверхностями тепла:

Q = + = 1,585

P = = 1,837

В результате проведения расчета системы охлаждения получены следующие ее параметры:

 [мм] – наружный диаметр подводящей трубки;

 [мм] – диаметр сечения отверстия подводящей трубки;

 [мм] – диаметр всего анода;

 [мм] – диаметр торцевой поверхности;

l = 30 [мм] – длина труб для охлаждения в теле анода

V = 2 [л/мин] – скорость расхода масла

Также важными параметрами для разработки являются:

L_тр = 200 мм  – длина трубки

r    = 45 мм – межэлектродный промежуток

r_э-б = 30 мм – расстояние электрод–баллон

d_w   = 5 мм – толщина вольфрамовой мишени

Значение толщины мишени рассчитывалось из допущения, что глубина проникновения электронов в мишень составляет 1 мкм на каждые 10 кВ разности потенциалов между катодом и анодом, т.е. при U = 300 кВ d_{w min} = 30мкм