Проектирование ядерной энергетической установки с многорежимными плазменными термоэмиссионными преобразователями: Учебное пособие, страница 15

Как показали результаты экспериментальных исследований, при высоких температурах катода (Тк>2200 оК) удельная мощность ТЭП, работающего в кнудсеновском режиме с цезий-бариевым наполнением, существенно превышает удельную мощность преобразователя в дуговом цезиевом режиме. Кроме того, для кнудсеновского ТЭП характерны более высокие температуры анода, что позволяет иметь большую температуру теплоносителя и, следовательно, уменьшить площадь холодильника-излучателя. Так как продолжительность функционирования энергоустановки в форсированном режиме может составлять единицы часов, то для такого случая наличие химически активного бария не должно являться препятствием к использованию кнудсеновского преобразователя с бинарным наполнением. Поэтому с целью улучшения массогабаритных параметров многорежимных ЯТЭУ с кратковременным форсированием целесообразно на режиме высокой мощности использовать кнудсеновский преобразователь.

Рассмотрим стационарные характеристики коаксиальных ЭГЭ с гладким и многополостными катодами в кнудсеновском режиме. На рис. 23 показаны зависимости мощности таких ЭГЭ от тока в канале при фиксированных значениях плотности объемного тепловыделения (qv= 400…800 Вт/см3 ). При расчете полагалось, что 20% тока в ЭГК теряется за счет собственного магнитного поля. Изменение максимальной температуры катода ЭГЭ с увеличением тока в канале показано на рис. 24.

Нетрудно видеть, что полученные кривые N (qv,J) и Tmax(qv,J) для кнудсеновского ЭГЭ имеют такой же характер, как и для дугового преобразователя. Сравнение представленных в табл. 8 результатов расчета с аналогичными данными для дуговых ЭГЭ (с гладким и многополостным катодами) показывает, что в обоих случаях максимумы мощности при фиксированных qv наблюдаются при одних и тех же токах. Однако максимальные значения мощности и коэффициента полезного действия кнудсеновского ЭГЭ существенно (на 15…30%) выше. Это обусловлено тем, что в кнудсеновском режиме максимуму мощности соответствуют большие напряжения на нагрузке, чем в дуговом преобразователе. например, при qv = 600 Вт/см3 для дугового ЭГЭ Uнгк =1,37 В, Uнмпк =1,33 В, а для кнудсеновского ЭГЭ Uнгк =1,75 В, Uнмпк=1,88 В.

Таблица 8

qv

NmaxЭГЭ,Вт

при NЭГЭ=NmaxЭГЭ

J,A

T2max

КПД

ГК

МПК

ГК

МПК

ГК

МПК

ГК

МПК

400

146

166

110

115

2425

2460

0,19

0,22

500

200

222

140

145

2550

2580

0,21

0,23

600

262

191

150

155

2735

2730

0,23

0,25

700

328

355

170

185

2850

2800

0,24

0,26

800

373

417

195

215

2900

2860

0,245

0,27

Рис. 23. Зависимость мощности ЭГЭ от тока:

qv, Вт/см3: 1 - 400; 2 - 500; 3 - 600; 4 - 700; 5 - 1250;

Твх,  оК: 2 -1 210; 2 - 1220; 3 - 1230; 4 - 1240; 5 - 1250;

——МПК; - - - гладкий катод

Рис. 24. Зависимость максимальной температуры катода ЭГЭ от тока:

qv, Вт/см3: 1 - 400; 2 - 500; 3 - 600; 4 - 700; 5 - 800; Tвх , оK: 1 - 1210;

2 - 1220; 3 - 1230; 4 - 1240; 5 - 1250.—— МПК; - - - гладкий катод.

Рис. 25. Распределение температур электродов и плотности тока по длине ЭГЭ в кнудсеновском режиме: qv= 600 Вт/см3; J = 170 А;

а)  гладкий катод; б)  МПК.