ВВЕДЕНИЕ. Ответственный за выпуск Гребельная С.К

 

Редактор Сендер А.Н.

 

Ответственный за выпуск Гребельная С.К.

 

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ОБНИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ (ИАТЭ)

Физико-энергетический факультет

 

В.И. Ярыгин, Д.Г. Лазаренко, И.В. Фарнакеев

 

Лабораторный практикум по курсу «Перспективные методы получения и преобразования энергии»

 

 

Методики определения внутренних параметров и выходных характеристик термоэмиссионных преобразователей.

Часть 1

Расчетно – экспериментальные работы

 

 

Рекомендовано к изданию Редакционно-издательским советом университета

 

Обнинск 2007

УДК 537.58: 621.039.5(076.5)

 

Ярыгин В.И., Лазаренко Д.Г., Фарнакеев И.В. Лабораторный практикум по курсу «Перспективные методы получения и преобразования энергии»: Методики определения внутренних параметров и выходных характеристик термоэмиссионных преобразователей. Ч.1. Расчетно-экспериментальные работы. – Обнинск: ИАТЭ, 2007. – 49 с.

В пособии приведены описания четырех лабораторных работ, предусмотренных учебным планом курса «Перспективные методы получения и преобразования энергии».

Материалы лабораторного практикума предназначены для студентов старших курсов и аспирантов, с целью закрепления учебного курса и получения практических навыков. Они будут также полезны для интересующихся физическими проблемами прямого преобразования энергии.

 

Илл. 10, библиогр. 6 назв.

 

Рецензенты: д.ф.- м.н., проф., Шаблов В.Л.

к.ф.- м.н., доц., Карманов Ф.И.

 

Темплан 2007, поз. 26

 

 

Пособие издано при финансовой поддержке областной программы «Региональный университетский округ»

 

 

© Обнинский государственный технический университет атомной энергетики, 2007 г.

© Авторы, 2007 г.

СОДЕРЖАНИЕ

 

Список основных обозначений и принятых сокращений…….…….4

Введение……………………………………………………………….5

1. Имитатор рабочего процесса ТЭП……….………………………..6

2. Обработка экспериментальных данных. Вычислительный

комплекс MathCAD………………………………………………….16

3. Лабораторная работа №1. Классификация характерных

точек ВАХ…………………………………………………………17

4. Лабораторная работа №2. Исследование зависимости

работы выхода эмиттера и коллектора от температуры………..25

5. Лабораторная работа №3. Определение эффективности ТЭП

по барьерному индексу……………………………………...……34

6. Лабораторная работа №4. Коэффициент полезного действия

термоэмиссионного преобразователя…….……………………...40

Литература…………………………….……………………………...47

Приложение. Электронный имитатор рабочего

процесса ТЭП………………………………………………….…..48

 

Список основных обозначений и принятых сокращений

 

j – плотность протекающего электрического тока (А/см²)

V – выходное напряжение (В)

V_B – барьерный индекс (эВ)

d – величина межэлектродного зазора (мм)

P_Cs – давление паров цезия (мм рт. ст. или торр)

Т_Cs – температура цезиевого резервуара (К)

F₀ – работа выхода электронов в вакууме (эВ)

F_Е – работа выхода электронов эмиттера (в парах цезия, эВ)

F_С – работа выхода электронов коллектора (в парах цезия, эВ)

Р_эл – плотность выходной электрической мощности ТЭП (Вт/см²)

ВАХ – вольтамперная характеристика (I-V зависимость)

ТЭП – термоэмиссионный преобразователь

МЭЗ – межэлектродный зазор

ЭГЭ – электрогенерирующий элемент

ЭГК – электрогенерирующий канал

ЯЭУ – ядерная энергетическая установка

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

В ходе электрофизических исследований термоэмиссионных преобразователей (ТЭП) основную информацию об элементарных процессах в межэлектродном зазоре (МЭЗ) и на поверхности электродов, их связи с выходными электрическими характеристиками ТЭП получают по вольтамперным характеристикам (ВАХ). С помощью ВАХ проводят оптимизацию параметров преобразователей в процессе энергетических исследований и испытаний, целью которых является выбор температуры электродов, определение оптимальной величины МЭЗ и давления паров цезия, нахождение рабочей точки на ВАХ и др.

ВАХ ТЭП измеряется различными способами: статическим, квазистатическим и динамическим. Статическим способом получают изомощностные (при постоянной, подводимой к эмиттеру тепловой мощности) и изотермические ВАХ (при постоянной температуре эмиттера). Квазистатический способ применяют тогда, когда хотят получить изотермическую статическую ВАХ при минимальном тепловом воздействии на ТЭП. Динамические характеристики, полученные в нестационарном по времени режиме, открывают новые диагностические возможности по определению внутренних параметров ТЭП по характерным точкам на ВАХ.

Вольтамперные характеристики ТЭП зависят, в первую очередь, от шести основных параметров:

1) температуры эмиттера Т_Е;

2) температуры коллектора Т_С;

3) работы выхода эмиттера Ф_Е;

4) работы выхода коллектора Ф_С;

5) давления пара цезия P_Cs;

6) величины МЭЗ d.

В процессе измерений, как правило, пять из этих величин поддерживают постоянными, а изменяют одну из них. Получают одно семейство ВАХ. Набор семейств ВАХ, снятых при различных температурах эмиттера, коллектора, давления паров цезия и величины МЭЗ, является исходным для определения внутренних параметров ТЭП.

Освоение данного лабораторного практикума студентом, целью которого является получение практических навыков по обработке ВАХ ТЭП по методу характерных точек и определение параметров ТЭП по эффективности рабочего процесса преобразования энергии, является необходимым условием для перехода к следующей части лабораторных занятий по освоению методик расчета теплоэлектрофизических характеристик электрогенерирующих каналов (ЭГК) термоэмиссионных реакторов-преобразователей (ТРП).