Способ определения приведенной степени черноты электродов термоэмиссионной электрогенерирующей сборки при петлевых испытаниях

Способ определения приведенной степени черноты электродов термоэмиссионной электрогенерирующей сборки при петлевых испытаниях

Реферат

 

Способ определения приведенной степени черноты электродов термоэмиссионной электрогенерирующей сборки при петлевых испытаниях. Назначение: энергетика. Сущность изобретения: в режиме термовакуумного обезгаживания измеряют тепловую мощность Q, плотность тока насыщения j, вакуумную работу выхода эмиттера Ф, а оценку приведенной степени черноты определяют из соотношения = 0,8610^-5Q/S[(20-lnj)/]⁴, где S - поверхность эмиттеров всех элементов в сборке.

Изобретение относится к энергетике, теплофизике и термоэмиссионному методу преобразования тепловой энергии в электрическую и может быть использовано при проведении петлевых реакторных испытаний термоэмиссионных электрогенерирующих сборок (ЭГС).

Лучистые потери тепла с эмиттера на коллектор являются частью составляющих теплового баланса ЭГС и для определения полного КПД ЭГС необходимо знать приведенную степень черноты электродов ЭГС.

Известно несколько как прямых, так и косвенных способов определения e электродов ЭГС.

Известен экспериментальный способ определения e на лабораторных моделях термоэмиссионного преобразователя (ТЭП) или электрогенерирующего элемента (ЭГЭ) [1] Основные трудности связаны с невозможностью моделирования реальных условий, в том числе состава газов, испытаний ЭГС в лабораторных условиях.

Известен способ определения e из сравнения расчетных и экспериментальных вольт-амперных характеристик (ВАХ) испытываемой ЭГС [2] Однако этот способ требует измерения серии ВАХ для достаточно широкого диапазона изменения тепловой мощности, температуры коллектора, а в некоторых случаях и давления пара цезия.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ определения e непосредственно во время петлевых испытаний по экспериментальным ВАХ ЭГЭ и ЭГС [3] Он включает измерение двух статических ВАХ при равных тепловых мощностях ЭГС, оценку температур эмиттера и оценку e по аналитическому выражению.

Однако этот способ предполагает неизменной e в диапазоне варьируемой тепловой мощности и, следовательно, температуры эмиттера и требует высокой точности определения тепловой мощности и температуры эмиттера, что при проведении испытаний в ряде случаев реализовать не удается.

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является повышение точности определения e за счет исключения рассмотрения разности тепловых мощностей и температур эмиттера.

Указанный технический результат достигается тем, что по способу определения e электродов термоэмиссионной ЭГС при петлевых испытаниях, включающему измерение тепловой мощности и электрических характеристик ЭГС и оценку e, в режиме термовакуумного обезгаживания ЭГС измеряют значение вакуумной работы выхода эмиттера v и значение плотности тока насыщения J, а оценку e производят из соотношения = 0,8610^-5Q/S[(20-lnj)/]⁴. (1) Способ реализуется следующим образом.

После изготовления термоэмиссионная ЭГС в составе петлевого канала (ПК) загружается в ячейку исследовательского ядерного реактора. Мощность реактора поднимают до значения, при котором проводится термовакуумная подготовка ЭГС. Измеряют тепловую мощность Q ЭГС известными методами, например на основе данных реакторных исследований теплофизического макета ПК с моделью ЭГС или с помощью встроенной в ПК калориметрической системы измерения тепловыделения. Зная Q, определяют среднюю плотность теплового потока с эмиттера q. Снимают вакуумную ВАХ с регистрацией плотности тока насыщения j, после чего по (1) определяют .

Если требуется найти зависимость e от температуры эмиттера Т, то проводят аналогичным образом определение e при разных Q и, зная для каждого Q значение Т, получают зависимость e (T).

Полученную зависимость используют в дальнейшем для оценки составляющих теплового баланса и для целей диагностики технического состояния ЭГС.

Формула (1) получена из следующих соображений.

Уравнение Ричардсона = kT/eln(AT²/j) (2) в диапазоне рабочих температур ТЭП от 1800 до 2200 К приближенно разрешается относительно Т в виде T = e/[k(ln A-ln jT)]. (3) Подставляя под знаком ln среднее значение Т 2000 К и используя численные значения для e, k, A и ln T, получим T = 116000/(20-lnj) (4) с погрешностью не выше 1% Уравнение теплового баланса для вакуумного режима, когда тепло с эмиттера уносится лишь излучением, записывается в виде q = (T⁴-T⁴_c), (5) где постоянная Стефана-Больцмана, а Т температура коллектора.

Для типичных режимов термовакуумного обезгаживания с погрешностью не выше 4% выражение (5) можно переписать в виде q_т= _крT⁴. (6) Подставив в (6) значение Т из (4) и числовое значение , получим (1).

Реализуемость и эффективность предложенного способа были проверены экспериментально при реакторных испытаниях пятиэлементной ЭГС с вольфрамовым эмиттером и ниобиевым коллектором, покрытым тонким слоем вольфрама. В лабораторных условиях было получено относительно низкое значение e этой пары электродов. Определение e предложенным способом показало, что к завершению режима термовакуумной подготовки значение e соответствовало результатам лабораторных исследований.

Формула изобретения

Способ определения приведенной степени черноты электродов термоэмиссионной электрогенерирующей сборки при петлевых испытаниях, включающий измерение тепловой мощности и электрических характеристик сборки и оценку приведенной степени черноты электродов, отличающийся тем, что в режиме термовакуумного обезгаживания измеряют значение вакуумной работы выхода эмиттера _э.в, в качестве электрической характеристики измеряют вакуумную вольт-амперную характеристику с регистрацией плотности тока насыщения j (А/см²), а оценку проведенной степени черноты электродов определяют из соотношения = 0,8610^-5 Q/S[(20-lnj)/]⁴ где Q тепловая мощность сборки, Вт; S поверхность эмиттеров всех элементов сборки, см².