Проектирование ядерной энергетической установки с многорежимными плазменными термоэмиссионными преобразователями: Учебное пособие, страница 8

Ток в канале (J,A)

Тепло, уносимое с катода электронным током (Qe), Вт

Тепло, уносимое с катода излучением (Qrад), Вт

Тепло, уносимое с катода за счет теплопроводности цезия (Qcs), Вт

175

377

71

23

135

316

74

24

115

286

85

25,5

95

255

96

27

80

226

110

29

65

203

123

30

55

175

138

31,5

40

140

157

33,5

30

100

177

35,5

15

64

197

37

5

21

224

39

Таблица 2

qv, Вт/см3

Максим. мощность ЭГЭ (Nmax), Вт

Параметры ЭГЭ при N=Nmax

Ток в ЭГЭ, А

Максим. темпер. cердечн., оК

Максим. темпер. катода, оК

Средняя темпер. катода, оК

КПД

100

12

40

1490

1460

1420

0,06

200

41

50

1970

1920

1850

0,11

300

80

70

2310

2240

2165

0,14

400

124

105

2515

2410

2340

0,16

500

167

130

2750

2615

2540

0,17

600

205

150

2970

2790

2720

0,18

Таблица 3

qv, Вт/см3

Qe, Вт

Qrad,Вт

Qдж, Bт

ΔU, В

100

86

18

1,8

0,03

200

137

59

3,2

0.07

300

203

123

7,4

0,12

400

322

164

16,5

0,18

500

439

220

28

0,25

600

500

311

40

0,03

В табл. 3 для различных значений qv приведены величины теплоты, уносимой в эмиссионной части катодной оболочки ЭГЭ за счет электронного тока (Qi), лучистого теплообмена (Qrad), а также джоулево тепловыделение (Qдж) и суммарное падение напряжения за счет омических потерь на электродах и коммутационной перемычке. Указанные характеристики рассчитаны в точках вольтамперных характеристик ЭГЭ, соответствующих максимальной его электрической мощности при фиксированных qv (см. рис. 8). Как видно, влияние отдельных видов теплообмена, участвующих в тепловом балансе, с увеличением qv до форсированных значений существенно меняется. Так, например, существенно растет доля теплоты, переносимой за счет лучистого теплообмена, что объясняется значительным ростом температуры катода. Увеличение генерируемого тока приблизительно в 4 раза, а также рост электросопротивления оболочек ЭГЭ при увеличении их температуры приводят к возрастанию потерь напряжения в ЭГЭ с 10% (при qv = 100 Вт/см3) до 20% (при qv= 600 Вт/см3 ).Полная величина потерь на омических сопротивлениях элемента практически при всех уровнях тепловыделения составляет в общем энергобалансе приблизительно 3%.

Рис. 8. Зависимость мощности ЭГЭ от тока при Т2max = const;

Т2max, оК: 1 - 1600; 2 – 1800; 3 - 2000; 4 - 2200; 5 - 2400; 6 - 2600; 7 - 2800

Рис. 9. Зависимость максимальной мощности лабораторного ТЭП и реального ЭГЭ от температуры катода: I - лабораторный ТЭП; 2 - ЭГЭ