Определение общей концепции проектирования вакуумной технологической установки, страница 3

 (м³/с).

Исходя из полученного результата, определим критерий Рейнольдса для воды [6]:

,

(1.18)

где  n – коэффициент кинематической вязкости для воды воды,  n = 0,478×10^-6 м²/с [6].

Подставляя значения в формулу (1.18), получим:

.

Поскольку полученное значение критерия Рейнольдса выше 2300, то режим течения жидкости по водоохлаждающему каналу является турбулентным.

Для данного режима течения критерий Нуссельта определяем по формуле [6]:

,

(1.19)

где  Pr – критерий Прандтля,  Pr = 4,3 [6];

Pr_к – критерий Прандтля для стенки катода,  Pr_к = 1,75 [6].

Подставив значения в формулу (1.19) получим:

.

Так как отношение l_к/d_вк меньше 50, то для уточнения параметра Нусельта необходимо ввести поправочный коэффициент e_L, который можно определить по следующей формуле [6]:

.

(1.20)

Выполнив подстановку значений в формулу (1.20), получаем значение поправочного коэффициента:

.

Определив значение поправочного коэффициента уточним параметр Нуссельта по формуле [6]:

Nuп = eL×Nu,

(1.21)

где Nu_п – уточнённый параметр Нуссельта.

Подставив значения в формулу (1.21), получим:

Nu_п = 1,111×91,011=101,085.

Определяем коэффициент теплоотдачи стенки катода [6]:

.

(1.22)

Выполнив подстановку значений в формулу (1.22), получаем значение коэффициента теплоотдачи:

 .

Тепловой поток, уносимый жидкостью во время процесса охлаждения, можно определить по формуле [6]:

.

(1.23)

Подставив значения в формулу (1.23), получим:

 (кВт).

Мощность рассеиваемую в катоде квазимагнитронной распылительной установки можно определить по формуле:

Nк = N/n.

(1.24)

Выполнив подстановку значений в формулу (1.24), получаем значение мощности рассеиваемой в катоде:

N_к = 62,88/28 = 2,246 (кВт).

Так как полученная отводимая мощность превышает значение мощности рассеиваемой в катоде N_у > N_к, то размеры канала охлаждения и выбранные параметры жидкости обеспечивают необходимый теплоотвод от стенок катода квазимагнитронной распылительной системы проектируемой технологической установки.

Определим массовый расход теплоносителя через все катоды технологической установки:

(1.25)

Подставив соответствующие значения в формулу (1.25), получим:

 (м³/с).

1.2.5 Расчёт магнитной системы квазимагнитрона

Площадь сечение воздушного зазора F_вз между полюсными наконечниками можно определить по следующей формуле [11]:

,

(1.26)

где r_нпн – наружный радиус полюсного наконечника, r_нпн = 0,38 м.;

r_впн – внутренний радиус полюсного наконечника, r_впн = 0,36 м.

В результате вычисления по формуле (1.26), получаем:

F_вз = p×(0,382 – 0,362) = 46,5×10^-3 (м²).

Для создания магнитного поля в нашей технологической установке используется 4 магнитных катушки. Тогда площадь сечения воздушного зазора приходящаяся на одну магнитную катушку F_взо можно определить следующим образом:

Fвзо = Fвз/nмк,

(1.27)

где n_мк – количество магнитных катушек, n_мк = 4.

В результате вычисления по формуле (1.27), получаем:

F_взо = 46,5×10^-3/4 = 11,62×10^-3 (м²).

Величину магнитного потока Ф_вз в сечении воздушного зазора можно определить по формуле [11]:

Фвз = В×Fвзо,

(1.28)

где В – индукция магнитного поля, В = 0,1 Тл.

В результате вычисления по формуле (1.28), получаем:

Ф_вз = 0,1×11,62×10^-3 = 11,62×10^-4 (Вб).

Тогда, сечение магнитопровода F_мп можно определить по формуле:

Fмп = Фвз/Вдоп,

(1.29)

где В_доп – допустимая индукция магнитного поля, которая должна быть в сечении воздушного зазора, В_доп = 1,1 Тл.

В результате вычисления по формуле (1.29), получаем:

F_мп = 11,62×10^-4/1,1 = 10,57×10^-4 (м²).

Радиус магнитопровода  можно определить по формуле:

.

(1.30)

В результате вычисления по формуле (1.30), получаем:

 (м).

Количество ампер-витков W×I_мк на одну магнитную катушку можно определить по формуле [11]:

,

(1.31)

где W – витков в катушке;

I_мк – сила тока в катушках;

m – магнитная проницаемость материала магнитопровода, m = 10³ (Гн/м) [];

m₀ – магнитная проницаемость вакуума, m₀ = 4×p×10^-7 (Гн/м) [9];

– наружный радиус магнитной катушки, = 35×10^-3 м;

l_мк – длина магнитной катушки, l_мк = 0,44 м.

В результате вычисления по формуле (1.31), получаем количество ампер-витков равное 4,752×10³ (А×вит.).

Сила тока в катушках принимается равной 5 А. следовательно для создания необходимого магнитного поля в технологической камере, необходимо намотать 4 магнитных катушки по 950 витка в каждой. Для намотки используется провод ПОЖ с диаметром равным 2×10^-3 м.