Запорожец  Издания 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 [ 212 ] 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239

ния отдельно взятых независимых параметров на характеристики столба и для расчета ламп, была предложена Д. Уэймусом в 1977 г. [18.18]. Несмотря на очень упрощенный характер и несовершенство модели, эта работа отчетливо продемонстрировала важное значение теории для оценки и прогнозирования путей совершенствования НЛВД. Дальнейший анализ, выполненный в [18.5] на базе этой модели, подсказал принципиально новые пути совершенствования НЛВД и инициировал проведение специальных экспериментальных и теоретических исследований, направленных на проверку и уточнение выводов теории и совершенствование модели столба.

Элементарная модель столба ртутно-натриевого разряда ВД и ее проверка. Предложенная Д. Уэймусом [18.18] модель основана, как Обычно, на решении уравнения баланса однородного столба цилиндрической формы единичной длины. В балансе принимается, что выделяющаяся в столбе электрическая энергия теряется путем классической теплопроводности и излучения натрия. В целях упрощения расчетов была принята двухступенчатая модель распределения температуры с Гэф в 1-й зоне и Гтр во 2-й (см. § 4.10). Одним из наиболее существенных моментов, позволивших выполнить расчет, явилось полностью эмпирическое определение эффективного радиуса канала /?эф=/гтр в зависимости от основных условий разряда. Зависимость f была определена чисто эмпирически на основе математической обработки данных, полученных на серии экспериментальных ламп в сапфировых оболочках с различными комбинациями Picx, di, PNa и др. Оказалось, что

f = I [P.cT/(10AW/]-4 ( у

где dl, см; Pict, Вт/см; АЯсин - сдвиг максимума синего крыла D-линии 589 нм по отношению к центру линии в нм; А, В и С - константы, зависящие от рода наполняющего газа, соответственно равные для Хе 133,3; 0,605 и -0,25 и для Ne 85,7; 0,55 и 0,125.

Мощность излучения D-линий рассчитывалась по спектральной плотности энергетической яркости для луча, перпендикулярного оси разряда и проходящего через центр разряда, которая затем превращалась в спектральную плотность потока излучения с единицы длины столба, путем умножения на п (закон Ламберта) и длину окружности трубки:

-М- Шки-"" """1е-"""-Ч (18.9)

где Ив/Ио - Отношение концентрации возбужденных до резонансного уровня атомов натрия к нормальным при Гэф; i(v) и ii(v) -спектральные коэффициенты поглощения частоты v соответственно в I и II температурных зонах.



Общая мощность выходящего излучения полосы £)-линии с единицы длины столба находилась путем интегрирования ф,D(v) по всем частотам от К-ЫО до 720 им.

Для расчетов была составлена программа. По данным автора, если задавать непосредственно значения рка, Рт, эф и Гтр, для расчета выходных характеристик (/, С/л, Рл, Фш, it, и др.) требуется всего 5-10 с. Расчет требуемых значений pNa, при котором получается заданное значение ДХсин, png, при котором получается заданное значение С/л, и Гэф, заданное Pict, занимает при некотором навыке менее 5 мин.

Удобство такой упрощенной модели для инженерных оценок, несмотря на множество допущений и подгоночных коэффициентов, очевидно. Однако возникает вопрос, как далеко можно проводить на этой модели экстраполяции?

Согласно расчетам в [18.5] были получены следующие результаты.

1. Световая отдача должна расти с ростом Гтр при постоянных значениях d\ и Гэф. Прирост tjvct при Гтр=1400 К должен составлять около 11% на 100 К- Прирост происходит в основном за счет уменьшения плотности паров натрия у стенки и уменьшения вследствие этого поглощения в полосе D-линий.

2. Зависимость световой отдачи столба от Pict должна иметь максимум при постоянных di и Гтр. Качественно появление максимума объясняется тем, что с ростом Pjct растет Гэф, а следовательно, падает доля видимого излучения в общем излучении, в то же время, поскольку общее излучение растет с ростом Pict много быстрее роста тепловых потерь, rjvcr растет. В результате t]vcT является произведением падающей и возрастающей от Pict функций, которое в принципе может иметь экстремум. По их расчетам при изменении di от 7 до 20 мм и постоянной Гтр= = 1500 К положение максимума должно приходиться на Pict от 24 до 29 Вт/см так, что в стандартных НЛВД, имеющих Pict= =45 Вт/см, должен наблюдаться спад t]i/ct с ростом Рют при постоянной Гтр. В обычных опытах Гтр растет с ростом Рют, и поэтому этот вывод требовал проверки в специальных экспериментах.

3. Световая отдача должна расти с ростом di при постоянной Гтр и выборе для каждого di оптимального значения рыа, при котором ДЯсин=3-1-4 нм, а А>.общ=8-10 нм. Качественное объяснение таково: для обеспечения постоянства АХ и формы полосы 1)-линий согласнозаконам подобия (см. § 4.8) необходимо, чтобы pNadi/2=const. При постоянной Гэф удельная мощность суммарного излучения Ф12 пропорциональна di, в то время как Р1тепл практически не зависит от di. Поэтому (Фls/PIтeпл~dl), и, стало быть, т]1/ст должна расти с ростом di.

Этот вывод является принципиально новым и возникает вопрос: почему же НЛВД делают в узких разрядных трубках?



Очевидно, причина заключена в температуре трубки. Увеличение dl и снижение Рют, необходимые согласно расчетам для повышения rjvcT при Гтр=соп81, фактически приводят к снижению Гтр, что ведет к снижению t]vct. Окончательный эффект оптимального соотношения этих параметров определялся до этого чисто эмпирически, и никто не давал себе отчета в том, что эта оптимизация является результатом вынужденного компромисса между упомянутыми выше конкурирующими факторами.

В целях проверки полученных расчетных результатов авторами [18.5] был проведен эксперимент на специально созданной установке, позволявшей независимо контролировать и поддерживать в экспериментальной лампе pNa, Гтр и Pict, что не удавалось сделать при обычных экспериментах. Экспериментальная лампа представляла собой разрядную трубку из ПОА общей .длиной 190 мм с d2=li мм, запаянную по оси откачанной кварцевой трубки с внутренним диаметром 20 мм. Лампа помещалась в специальную печь, состоящую из пяти зон и позволявшую поддерживать кварцевую трубку при негорящей лампе при температуре 800±25 К по всей длине. При горящей лампе температура кварца достигала 1100 К.

Для оптических измерений печь имела продольную щель шириной 20 мм, т. е. несколько больше диаметра разрядной трубки с?2=14 мм. Во время измерений экспериментальная лампа вращалась вокруг своей оси со скоростью 30 об/мин. Ниобиевый штенгель, служащий резервуаром амальгамы, находился за пределами печи и мог нагреваться независимо при помощи ИК-излучения, сфокусированного на штенгеле от двух ламп накалива-Бия. Температура разрядной трубки измерялась по яркости излучения в центре D-линий после выключения разряда, которая экстраполировалась к моменту выключения (см. § 18.10).

Эксперименты показали, что при Гтр=const оптимальная т]1/ст получалась при ра, соответствующем А>.об1ц=7 нм. При оптимальном рыа Цутах достигалась при Гтр=1460 к и Рл= =400 Вт (rfi=ll мм, /д=15 см) и была равна 157 лм/Вт, т. е. на 26% превышала цул стандартной НЛВД мощностью 400 Вт (di = 7,4 мм, /д=8,5 см). Экспериментально был также подтвержден рост T]vcT с ростом Гтр при постоянной мощности 400 Вт и rfi = ll мм.

В целях практической реализации полученных результатов были изготовлены и испытаны образцы НЛВД в керамических трубках из оксида иттрия Y2O3, излучательная способность которых может быть значительно меньше, чем у трубок из ПОА. Благодаря этому можно было использовать трубки большего диаметра при той же Гтр (1400 К). На рис. 18.21 показаны спектральные коэффициенты пропускания керамики из Y2O3 и AI2O3. По данным [18.5] е(У20з) при 1500 К может быть меньше 0,1, в то время как е(А120з) при этой температуре, по мнению авто-



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 [ 212 ] 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239