Проектирование ядерной энергетической установки с многорежимными плазменными термоэмиссионными преобразователями: Учебное пособие, страница 7

Зависимости максимальной температуры ядерного сердечника Т_0max, максимальной и средней температур катода(T_2maxи Т₂, сответственно) от полного тока в канале показаны на рис. 6 при значениях объемного тепловыделения в диапазоне q_v=100…600 Вт/см³. Из рисунка видно, что для каждого значения q_v по мере снижения полного тока J  данные температуры возрастают. Это связано с уменьшением потока тепла за счет эмиссионного охлаждения катодной поверхности, что наглядно подтверждается данными, приведенными в табл. 1. Увеличение температуры эмиссионной поверхности приводит к перемещению вольтамперной характеристики ЭГЭ в область больших значений напряжений при каждом фиксированном значении тока. В то же время существенно возрастает лучистый тепловой поток, который заметно

снижает рост электрической мощности и КПД. При этом увеличивается разница между максимальной и средней температурами катода, что характеризует повышение неизотермичности ЭГЭ, следствием которой является рост теплового потока за счет теплопроводности (см. табл. 1). Совокупность указанных явлений определяет наличие максимумов на зависимостях мощности ЭГЭ от тока, показанных на рис. 5.

Отмеченные особенности изомощностных характеристик ЭГЭ наблюдаются при всех исследованных тепловых мощностях реактора. Остановимся теперь на различиях свойств элемента при изменении q_v от 100 Вт/см³ до 600 Вт/см³.

Анализируя приведенные в табл. 2 данные, нетрудно видеть, что с ростом тепловой мощности реактора в 6 раз происходит увеличение генерируемой электрической мощности более чем в 17 раз, а максимум мощности смещается в область больших токов. Такое форсирование мощности, как видно, обусловлено существенным увеличением температуры катодов ЭГЭ (более чем на 1000 ^оК).

С ростом плотности объемного тепловыделения увеличиваются перепады температур по оси и радиусу топливного сердечника, которые при q_v= 600 Вт/см³ составляют примерно 250 ^оК и 180 ^оК, соответственно. Усиливается также неоднородность температур по длине ЭГЭ и, как следствие, неоднородность распределения плотности генерируемого тока. Эпюры температур по длине катодной (Т₂) и анодной (Т_в) оболочек, а также плотности тока (J) для двух значений q_v = 100 Вт/см³ и q_v = 600 Вт/см³ показаны на рис. 7, а и б, соответственно . Из рисунка видно, что при низком уровне тепловыделения разность температуры вдоль катода составляет около 150 ^оК, а в форсированном режиме~270 ^оК. Увеличивается также градиент температуры по аноду в области коммутационной перемычки, что является следствием увеличения теплоты, передаваемой от катода к аноду через коммутационную перемычку за счет теплопроводности. Значительное повышение температуры анода в области контакта анода с коммутационной перемычкой приводит к заметному снижению плотности тока, генерируемого этой частью коаксиального преобразователя.

Таблица 1