автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Моделирование и исследование физико-химических процессов в галогенных лампах накаливания

п г г; л П I I О им

1 5 ЦНН 1385 На правах рукописи

БАЯНЕВА ИРИНА ИВАНОВНА

МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ГАЛОГЕННЫХ ЛАМПАХ НАКАЛИВАНИЯ

05.13.16 - ПРИМЕНЕНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ, МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И МАТЕМАТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ В НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

АВТОРЕФЕРАТ

ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК

Саранск - 1996

Работа выполнена на кафедре "Светотехника и источники света" Мордовского государственного университета им. Н.П.Огарева

доктор технических наук, профессор Свешников В.К. кандидат физико-математических наук, доцент Черников П.Г.

Ведущая организация Всероссийский научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт источников света имени А.Н.Лодыгина

Защита состоится "» (^--(ЦСлСС^рХ!996 г. в часов

на заседании диссертационного совета К 063.72.04 при Мордовском государственном университете имени Н.П.Огарева по адресу: 430000, г.Саранск, ул.Большевистская, 68

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Мордовского государственного университета им. Н.П.Огарева

Автореферат разослан

" 2.3 " Н-ОЛС^Л- 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Научный руководитель кандидат физико-математических наук, доцент Харитонов А.В.

Официальные оппоненты:

к.ф.-м.н., доцент

Мурюмин С.М.

i.общая характеристика работы

актуальность темы объясняется расширением областей применения галогенных ламп накаливания и связанными с этим требованиями разработки большого количества новых типов ламп с определенными, заранее заданными параметрами. В этих условиях приобретает важное значение создание таких методов расчета с учетом процессов переноса в лампах, которые позволяли бы решать возникающие инженерше задачи достаточно быстро и с необходимой точностью. Все больший интерес вызывают также различные галогеносодержащие соединения, способные обеспечивать вольфрамо-галогенный цикл в галогенных лампах накаливания. Определение наиболее оптимальных, с точки зрения эффективности работы лампы, условий для организации галогенного цикла является в нас-Гиящее время одним из основных направлений исследований в этой области.

цель работы состояла в изучении и моделировании физико-химических процессов, имеющих место в галогенных лампах накаливания, разработке математической модели процессов переноса в этих лампах, выявлении возможных путей их оптимизации и совершенствования, определении оптимальных, с точки зрения эффективности вольфрамо-галогенного цикла, галогеносодержа-щих соединений, а также анализу их поведения в рабочем объеме ламп и экспериментальной проверке полученных результатов.

научная новизна. Впервые осуществлена разработка математической модели расчета галогенных ламп накаливания с учетом структуры теплового поля и средней температуры газа в рабочем объеме ламп как функции параметров тела накала, застойного слоя и колбы. Установленные зависимости основных характеристик галогенных ламп накаливания позволяют путем моделирования влияния различных исходных данных на процессы теплопереноса в лампах оптимизировать их и разрабатывать новые более эффективные источники света с улучшенными параметрами. Впервые исследованы механизм и скорость испарения вольфрамового тела накала в галогенных лампах накаливания, сведения о которых позволят обоснованно подходить к оценке количества галогенной добавки, необходимого для эффективной очистки стенок колбы от оседающего вольфрама. Расчетно-экспериментальным путем осуществлено исследование теплового

режима галогенных ламп накаливания и проанализировано ; его влияние на эффективность вольфрамо-галогенного цикла с различными галогеносодержащими соединениями, поведение которых изучено с помощью метода термодинамического моделирования.

практическая ценность работы. На основе уравнений радиального распределения температуры, условия равенства градиентов температур на границе застойного слоя, средней температуры газа в рабочем объеме ламп разработана математическая модель процессов теплопереноса в галогенных и обычных лампах накаливания, с помощью которой были рассчитаны тепловые потери в газе в этих тепловых источниках света и экспериментально исследованы. Сравнение результатов опытов и расчетов показывает хорошее совпадение, следовательно, данная модель позволяет получать достаточно полные и объективные сведения о процессах теплопереноса в лампах и может быть рекомендована к применению при расчете и конструировании галогенных ламп накаливания. Показана возможность использования термодинамического моделирования химических процесов в галогенных лампах накаливания, реализованного в программе "Астра-3", на примере ламп типа АКГ 12-55-1 с добавкой тетрабромметана и предложенного решения по концентрации дибромметана в разрабатываемых новых типах высокоинтенсивных галогенных ламп накаливания, предназначенных для использования в спецтехнике. .

положения, выносимые на защиту.

1. Исследование температурного режима колб галогенных ламп накаливания и его влияния на эффективность регенеративного цикла.

2. Модель радиального распределения температуры в галогенных лампах накаливания.

3. Математическая модель расчета тепловых потерь в газе в галогенных лампах накаливания.

4. Исследование механизма и скорости испарения вольфрамового тела накала в галогенных лампах накаливания.

5. Термодинамическое исследование поведения различных галогеносодержащих соединений в рабочем объеме галогенных ламп накаливания.

апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на внутривузовской научной конференции "XXII Огаревские чтения" (г.Саранск, 1993 г.), I Всероссийской научно-технической конференции с международным участием

"Светоизлучаицие системы. Эффективность и применение" (г.Саранск, 1994 г.), II Международной светотехнической конференции (г.Суздаль, 1995 г.), Международной научной конференции "Методы и средства управления технологическими процессами" (г.Саранск, 1995 г.), конференции молодых ученых (г.Саранск, 1996 г.). Международной научно-технической конференции "Осветление' 9Б" (Болгария, Варна, 1996 г.), научном семинаре профессора Е.В.Воскресенского по прикладной математике при Мордовском государственном университете им. Н.П.Огарева (г.Саранск, 1996 г.).

, публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ в виде статей и тезисов докладов.

структура и объем диссертации. Диссертационная работа .состоит из введения, литературного обзора, посвященного анализу данных по работам в области исследований физико-химических процессов в галогенных лампах накаливания, изложения методик и результатов собственных расчетно-эксперименталь-ных исследований (2 и 3 главы), выводов и списка цитируемой литературатуры из 169 наименований. Работа изложена на 192 страницах, включающих 22 таблицы и 42 рисунка. .

ii. основные результаты работы и их обсуждение

1. Влияние температуры колбы на регенеративный цикл в галогенных лампах накаливания

Тепловой режим колбы тесно связан с ее габаритами, которые -оказывают влияние на условия ее эксплуатации в светильнике; средняя температура колбы оказывает влияние на срок службы лампы, поскольку с ростом температуры усиливающееся газовыделение из стекла может отрицательно • сказаться на работе тела накала (ТН). Вышеперечисленные аспекты предопределяют необходимость расчета теплового режима колбы, а также установление связей температуры колбы с ее габаритами и формой, что позволяет определять оптимальные характеристики ламп и возможности регулирования температуры колбы Тк.

При расчете теплового режима колб источников света (ИС) обычно испольуется нелинейное уравнение - теплового баланса колбы

Рг + аФ^Б, (1)

где Рр - тепловые потери в газе; Фе - лучистый поток ТН;.а -коэффициент поглощения материалом оболочки лучистого потока; q - удельный теплоотвод от колбы при естественном охлаждении; S - поверхность колбы.

Однако, для определения Рг необходимо знание целого ряда взаимосвязанных величин, в частности, параметров застойного

слоя, средней температуры газа в рабочем объеме лампы Т, которая может быть рассчитана только при известной температуре колбы. Таким образом, мы пришли к необходимости замены левой части уравнения (1) в следующем виде

Рг+ссФе = Рл-(р+т)Ф0, (2)

где р, т-коэффициенты отражения и пропускания излучения материалом колбы.

Таким образом, для теплового баланса колбы имеем

Рл-(р+г)Фе=з[Ас^0,25(ДТ)1'25+8ка(т£ -Tj)]. (3)

Входящие в это уравнение коэффициент А, зависящий от рода окружающего колбу газа и его давления, и интегральный коэффициент излучения материала колбы ек аппроксимированы нами в виде степенных функций с помощью метода наименьших квадратов. Для решения нелинейного уравнения' (3) был использован метод половинного деления, реализованный в программной процедуре TMP.

С целью практической проверки и подтверждения результатов .расчета было проведено измерение распределения температуры по поверхности колб некоторых типов серийных галогенных ламп накаливания (ГЛН) термопарным методом. Расхождение (~10 %) расчетных Т? и экспериментальных T® значений' температур колбы связано с неучетом в данной модели реальной толщины оболочки и, вследствие этого, наличия градиента температуры по толщине колбы. В связи с этим определяли перепад температуры между внутренней Тк и внешней Тк поверхностями колбы из следующего выражения

Ч 0 к

AT = -»-- . (4)

к *кв 5

Некоторые результаты расчетных и экспериментальных исследований приведены в таблице 1.

Как показали расчеты теплового режима некоторых серийных ГЛН, удельная электрическая нагрузка растет с мощ-

Таблица 1

Расчетные и экспериментальные значения средней температуры колбы и удельная электрическая нагрузка на колбу для некоторых типов ГЛН и' Ж

Тип лампы тР,к АТР.К тЭ К АТ^.К рУД.ю3 Л о Вт/м^

т Т Т II Т

ЛН Б220-100 428 410 18 425 400 25 8,6

КГ220-500 896 820 76 825 730 95 108

КГ220-1 ООО 1120 1012 108 1036 910 126 243

КГ220-2000 1258 1123 135 1147 991 156 258

КГМ12-100 836 782 104 840 725 • 115 60

КГМ27-150 901 808 93 900 790 110 107

Дт - отклонения расчетных Т? и экспериментальных Т® значений

ностью ламп, а соответственно возрастает и средняя темпера-

Тк,К1______ тура колб (рис.1). По данной

1100

900

700

500

7

У

зависимости ТК=Г(Р^) можно оценивать температуру колб разрабатываемых ГЛН. При эксплуатации ламп во внутренний объем колб происходит выт деление сорбированных ТН и кварцевым стеклом газов С02, 02, и др., из которых наибольшее влияние на стабильность работы ГЛН может оказать кислород. Таким образом, при разработке, конструировании и прогнозировании работоспособности ГЛН необходимо учитывать тепловой режим колбы в совокупности с анализом условий протекания галогенного цикла при наличии' в объеме лампы примесных газов.

О

100

200 рУдх10?

•Л о

Вт/м

Рис.1 Зависимость температуры колбы от удельной электрической нагрузки

2. Математическая модель процессов теплопереноса в галогенных лампах накаливания

Основные процессы в рабочем объеме ламп накаливания

(ЛН) между ТН и колбой лампы можно описать с помощью уравнений переноса, решение которых связано с серьезными вычислительными трудностями. Поэтому возникает необходимость упрощающих допущений, основным из которых является модель застойного слоя Ленгмюра.

Оценка составляющих потерь тепла в выражении

рг = р£еп+рдаф (5)

показывает, что они резко отличаются по порядку величин, т.е. вклад диффузионной теплопроводности очень мал, в связи с этим целесообразно ограничиться приближением РГ=Р£011.

Расчет тепловых потерь ТН через газ осуществляли по формуле

■ 2^1

Рг = -^- (Ф^Ф?)' (б^

Г 1п<йсл/йтн> 1 2 из которой видно, что Рр зависят от диаметра слоя Ленгмюра

йсл. Отдельные исследователи дают различные выражения для зависимости толщины застойного слоя от тех или иных факторов, что объясняется различными экспериментальными методами определения, способами обработки и обобщения экспериментальных результатов. В частности, к ним относятся известные уравнения Райса и Эленбааса. Нами определение <1СЛ осуществлено в рамках теории подобия при использовании критериального соотношения - числа Рэлея. В ходе некоторых преобразований выражение для йсл принимает вид

= —■ СП

ЬЛ /- --Н--Т} •

8РДТ с^нр^Ср(Т1+С)-

о ~г> еК"- Т^ Су

С учетом представлений о застойном слое Ленгмюра радиальное распределение температуры Т(г) представлено следующей системой уравнений:

Т(г)=Ттн, если 0 < г < гтн;

Т(г)=Т1(г), если гтн < г < гСЛ; (8)

Т(г)=Т2(г), если гсл < г < гк.

Принимая во внимание, что градиент температуры на . границе застойного слоя не может изменяться скачком, для точки г=гсл должно выполняться соотношение

8гас1 Т1 (г) = Т2(г). (9)

В этом случае логарифмическая кривая Т,(г) плавно переходит в прямую Т2(г).

Получаем для цилиндрической колбы

(Т /Т

2Т,

тн

Зг1п

I гтн J

ГеП

1+-

)з/2-1

для сферической колбы 2Ттнгтнгсл

сл

Т,

3^(гсл- гтн>

3/2 -1

тн

1п<гсл/гтн>

■In

т1/3

— Г -

гтн-1

с л

к

сл

тн

1 + -

Г Т

сл

тн

и

г - г сл тн

сл

к (10)

-1/3

сл

г - г сл 1К

(11)

На основании предложенной математической модели распределения температуры была разработана программная модель для IBM РС-АТ 286/386/486 на языке программирования TurboPascal, позволяющая при изменении исходных данных получать распределение температуры в поперечном сечении ГЛН и на основании полученных результатов моделировать влияние конструктивных параметров ламп, состава и давления наполняющего газа на общий характер процессов в колбе лампы, на тепловые потери в газе, что может оказаться полезным при проектировании энергоэкономичных тепловых источников оптического излучения.

При расчете ЛН обычно принимается условие Т=ТК. Однако, в ГЛН размеры колбы значительно меньше, а температура ТН выше, чем в ЛН, и Т может значительно превышать TR. Т определяется выражением

Т = ^

Дг

Аг

+ Т.

- ДГл

2

Дг

(12)

Причем средняя температура слоя Т1 определена на интер-

г„

вале гтн < г < гсл как

т1 = -

1

г -г сл тн

с сл

J Т1(r)dr.

тн

Функция Т2 определена на интервале rCJI i г < гк

V-

г -г к сл

г-К

J T2(r)dr.

(13)

(14)

сл

Интегрируя выражения (13), (14) с учетом (12), получаем для цилиндрической колбы

- Т т= сл

^Ан

^лАн* Тт?/Т°Д 1 1 К„Ш +й -син]]н ■ 1пКл/йтн) 1 йсл ^

[Уасл][тсл+тк] 2(6^)

(16)

для сферической колбы

- Т Г Т /т -1 (1

ч= сл а -а + иг од а Га __а 1

л л исл тн+ , иТН 1. СЛ Л исл итщ

"к итн1. исл атн итн

, Мел] [Тсл+Тк]

Была разработана программа на языке ТигЬоРазса1, в основу которой положен метод Ньютона для системы из двух нелинейных уравнений. Данная программа позволяет при варьировании различных исходных данных (диаметр и длина нити, ТН, колбы, температура ТН, давление и род наполняющего газа и др.) рассчитывать температуру колбы, параметры слоя Ленгмю-ра, среднюю температуру газа в лампе, тепловые потери в газе. С помощью этой программы можно также рассчитывать характеристики разрабатываемых ИС. В этом случае сначала идет расчет геометрических параметров вольфрамовой проволоки и ТН по единому инженерному методу (метод МЭИ). В таблице 2 приведены характеристики для некоторых ГЛН и ЛН, рассчитанные с помощью этой программы.

Таблица 2

Характеристики ЛН и ГЛН

Тип лампы Т,К 10~3,м Т СЛ* к Рраб' мм рт.ст. Рг, А Наполнение

Вт • %

лампы накаливания

Б 220-100 497 4,87 2303 1073 16,3 16,3 Аг + М2

Г 220-1000 522 6,44 2572 1131 65,3 6,5 _

малогас 5арит1 ше ГЛН

КГМ 6,6-100 951 2,47 2779 7925 10,8 10,8 Хе

КГМ 27-150 965 3,72 2576 11526 16,4 9,5

линейные ГЛН

КГ 220-500- 1679 2,10 2582 11463 24,5 4,9 Хе

КГ 220-1 ООО 1717 2,49 2600 11724 31 ,5 3,2

КГ 220-2000 1723 3,04 2630 11762 56,5 2,8 _ »» _

Как видно из табл.2, характеристики ЛН совпадают с величинами, рассчитанными и экспериментально полученными другими авторами. В частности, тепловые потери в газе Рр по этим источникам составляют 6*20 % в зависимости от мощности лампы.

С целью практической проверки результатов расчета были изготовлены экспериментальные лампы, откачанные до вакуума, имеющие такие же геометрические и электрические характеристики, что и серийные ГЛН. Как известно, мощность, отводимая газом, определяется по разности мощностей газополной и вакуумной ламп, устанавливаемых по равенству световых потоков. Однако, для ГЛН этот метод неприемлем, поскольку кривая Ф=Г(Р) для вакуумной лампы расположена ниже по сравнению с газополной. Это связано с интенсивным испарением атомов вольфрамового ТН в вакууме, которые беспрепятственно достигают стенок колбы и оседают на них, образуя черный налет из металлического вольфрама. Таким образом, Рг в ГЛН определяли косвенно: путем сравнения разности мощностей ламп с разными давлениями либо родом наполняющего ИГ. Оказалось, что результаты эксперимента и расчета ДРр практически совпадают. Таким образом, вышеописанная математическая модель позволяет получать сходимые с реальными данными результаты, что допускает применять эту методику при расчетах и проектировании ГЛН и ЛН.

Для потерь мощности, определяемых с использованием разных формул диаметра застойного слоя, справедливо соотношение Рр{(7)} < Рг{Эленбаас) < Рр{Райс}

Программная модель позволяет производить расчеты по любому из этих вариантов. Таким образом, созданы предпосылки для выбора лучшего варианта проектируемой лампы с помощью ЭВМ путем многовариантного анализа.

3. Исследование механизма и скорости испарения вольфрамового тела накала в галогенных лампах накаливания

При эксплуатации ГЛН в объеме ТН и окружающем его пространстве протекает большое количество физических процессов, в той или иной степени оказывающих влияние на продолжительность горения ламп. Термическое испарение - один из таких процессов, который необходимо учитывать при анализе причин

преждевременнного выхода ламп из строя. Нами были проведены исследования скорости испарения ТН на экспериментальных образцах ГЛН. На рис.2 приведены полученные нами зависимости скорости испарения от температуры ТН. Скорость испарения вольфрама определяли по выражению

"Т1

АГ-АГ

(17)

-5

-9

х1 г

Полученные нами результаты хорошо совпадают с данными

Иванова А.П. и И. Ленг-мюра и укладываются на прямую линию для зависимости 1бтТ1=Г(1/Т), что подтверждает экспоненциальную зависимость скорости испарения вольфрама от температуры. Найденная с помощью экспериментально полученных значений скорости испарения энергия активации процесса испарения атомов вольфрама составляет 11,22 ± 1 эВ ((18 ± 1,6)*

\ V \

ч ч

1

Рис.2 Зависимость скорости испарения ТН от температуры ТН вакуумных (1) и газополных (2) ламп

<10-19 Дж).

С целью

1,%

60

30

установления взаимосвязи скорости испарения

вольфрамового ТН со сроком службы I и коэффициентом пропускания оболочки т ГЛН была собрана экспериментальная установка, позволяющая определять т в процессе работы ламп. На рис.3 показана зависимость коэффициента пропускания стенок колбы от времени горения

2

-

30

60

г,мин

Рис.3 Зависимость коэффициента пропускания колбы от времени горения вакуумной (1) и газополной (2) ламп

ламп, из которой видно, что т быстрее уменьшается в начале работы ламп, после чего происходит его более медленный спад. Как показали расчеты, скорость испарения вольфрама за это время в 1,2 раза превышает среднюю скорость испарения ТН за весь срок службы ламп. На рис.4,5 показаны зависимости lgittp^f(Igt) и T=f(lgmT1), по которым при известных t и т; можно определять скорость испарения ТН ГЛН и, таким образом, ■ оценивать количество галогенной добавки, достаточное для организации эффективного вольфрамо-галогенного цикла.

lgmT1 -4

-6

А

- \

I I \ I

О -8 -6 18тТ1

Рис.4 Зависимость коэффициента пропускания оболочки ГЛН от скорости испарения ТН

О 2 4 Igt

Рис.5 Зависимость скорости испарения, ТН от времени работы ГЛН

4. Термодинамическое исследование поведения

различных галогеносодержащих соединений в рабочем объеме галогенных ламп накаливания

Решение задачи сокращения сроков поиска оптимальных о точки зрения организации эффективного вольфрамо-галогенного цикла галогеносодержащих соединений невозможно баз широкого использования надежных расчетно-теоретических методов, вытесняющих на определенных этапах дорогостоящие, медленные способы экспериментального подбора исходных комбинаций. Наиболее общей основой физико-химических процессов является термодинамический анализ, который.указывает предельные на

правления превращений в реагирующем рабочем теле от исходного состава рабочего тела до состояния, в котором система оказывается по завершении процесса.

ГЛН можно рассматривать как систему с комплексом гете-" рогенных и гомогенных химических реакций, протекающих в объеме колбы при рабочих температурах как в прямом, так и в обратном направлениях. В зависимости от природы галогена, количества галогеносодержащей добавки и примесных соединений в лампе возникают различные циклы транспорта вольфрама, которые имеют порой противоположные направления переноса вольфрама по температурному градиенту как в сторону его увеличения, так и уменьшения. В связи с этим возникает задача термодинамического исследования химических процессов в ГЛН с различными галогеносодержащими добавками.

Осуществлено моделирование химических процессов, происходящих в ГЛН, в широком диапазоне температур и давлений наполняющего ' ИГ с использованием программы "Астра-3". При этом изучено влияние соотношения ксенона и галогенной добавки на парциальные давления компонентов газовой фазы и установлены соотношения, необходимые для организации галогенного цикла в различных системах. Проведен расчет парциальных давлений компонентов газовой и состава конденсированной фаз для- систем №-Хе-галогенная добавка, где в качестве галогенного сое-

1 ?

динения исследованы следующие: СН^Х, „ (п=04), СН,Х X , 1 1 ? СНХ^Х^-х (к=02), X , X - галогены, при следующих соотношениях с наполняющий ИГ [Хе]:[галогенная добавка3=2000:4,5; 9; 18; 36. Анализ полученных результатов показал, что вольф-рамо-галогенный цикл не всегда может осуществляться с помощью введения в ГЛН йод- и хлорсодержащих соединений, а также - с СШ?3 и С^. Наиболее приемлемыми, с точки зрения переноса вольфрама со стенок колбы ГЛН на ТН, являются галогенные добавки, содержащие бром: СНдВг, СН2Вг2, СНВг3, СВг^. Увеличение числа атомов брома в галогенной добавке приводит к смещению минимума суммарных парциальных давлений 2 Р^ га-логенидов вольфрама в более высокотемпературную область и возрастанию градиента Е Р^ бромидов вольфрама, что может оказать положительное влияние на организацию вольфрамо-галогенного цикла. Это подтверждено экспериментальными исследованиями на примере ламп АКГ 12-55-1 с добавкой СВг^: у 80 % ламп спад светового потока в конце срока службы был

2 Р,

10'

10'

10

меньше, чем у ламп с СН2Вг2.

Исследовано влияние кислорода на парциальные давления компонентов. Показано, что кислород связывается углеродом и водородом с образованием оксидов углерода и воды, а также наблюдается образование оксигалогенидов вольфрама. Показано, что в системах, содержащих йодные добавки, в отличие от других систем, вольфрамо-галогенный цикл без участия кислорода не осуществляется.

Расчет зависимости парциальных давлений галогенидов и оксигалогенидов вольфрама 2 Р^ =Г(Т) для системы ?У-Хе-СН2Вг2 при различном соотношении галогенной добавки и кислорода показал, что уже при небольшом содержании кислорода на кривой 2 Р^=Г(Т) в области ~1000 К появляется максимум (рис.6). Поэтому для ламп с температурой внутренней поверхности колбы меньше 1000 К перенос вольфрама от стенок, колбы будет затруднен, а при Т^ > 1000 К он может быть даже более интенсивным за счет увеличения градиента концентраций галогенидов и оксига-

-2 Ч__' логенидов вольфрама.

При увеличении содержания кислорода образуется большое количество оксидов и оксигалогенидов вольф-

¡Па 4

3

К2

\

\

0

1200 24-00 Т,К

Рис.6 Зависимость 2 Р^=Г(Т) в системе W-Xe-CH2Br2; [ХеЗ:[СН2Вг2]=2000:9 (1), ССН2Вг2]:[02 3=1:0,1 (2), 1:1 (3), 1:10 (4)

рама в высокотемпературной области, что способствует переносу вольфрама на стенки колбы ГЛН.

Для повышения эффективности вольфрамо-галогенного цикла был осуществлен поиск эффективных галогенных добавок среди полигалогенных соединений. Наиболее- перспективными из них являются CHPJ2, CH2FJ, СНЗ?Вг2, CH2FBr.

III. выводы

Необходимость разработки новых типов ГЛН, отвечающих тем или иным требованиям, способных с большей эффективностью заменить другие MC, поставила задачу исследования и моделирования физико-химических процессов в ГЛН.

На основании модели радиального распределения температуры Т(г) и условия равенства градиентов температуры на границе застойного слоя, разработана математическая модель, которая позволяет определять температуру в любой точке поперечного сечения лампы и моделировать ее влияние на процессы, происходящие в ГЛН.

Одним из направлений оптимизации ГЛН является увеличение световой отдачи, которое возможно либо за счет увеличения температуры ТН (но при этом повышается и скорость его испарения) либо за счет минимизации тепловых потерь в газе.

Разработана математическая модель расчета характеристик ГЛН, в том числе и тепловых потерь в газе, с учетом средней температуры газа в рабочем объеме лампы как функции параметров ТН, застойного слоя и колбы. С помощью этой модели возможны моделирование влияния одного либо целого ряда исходных данных на 'параметры ГЛН и разработка ламп с необходимыми характеристиками, минуя длительные и дорогостоящие эмпирические изыскания.

В ходе расчетно-экспериментального исследования (на опытных образцах ламп) механизма и скорости испарения вольфрамового ТН в ГЛН нами были определены скорости испарения в начале работы лампы и за весь ее срок службы. Полученные графические зависимости lgm^f (Igt) и т=Г(lgnvp1) позволяют определять скорость испарения ТН любых ГЛН и, таким образом, оценивать количество галогенной добавки, необходимое для эффективного протекания вольфрамо-галогенного цикла.

Поскольку неотъемлемым атрибутом ГЛН является вольфра-мо-галогенный цикл, эффективность протекания которого во многом зависит от температурного режима колбы и наличия различных примесных газов, нами был осуществлен расчет температуры колбы по модифицированному уравнению теплового баланса колб и проанализированы возможности и условия организации регенеративных циклов с различными галогенными добавками в присутствии кислорода.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ:

1. БаОнева И.И., Харитонов A.B. Моделирование и расчет теплового поля в линейных галогенных лампах накаливания// XXII Огаревские чтения: Тез. докл. науч. конф. 6-11 дек. 1993.-Саранск, 1994.-С.183.

2. Яивечкова Л.А., Соловьева Е.И., Томиин О.Б., БаОнева И.И., Харитонов A.B. Влияние природы галогена на эфн фективность транспортных реакций в галогенных лампах накаливания// Светоизлучающие системы. Эффективность и применение: Тез. докл. I Всероссийской науч.-техн. конф. с междунар. участием 11-14 дек. 1994. -Саранск, 1994.-С.13.■

3. Живечкова Л.А., Соловьева Е.И., Томит О.Б., Байнева И.И., Харитонов A.B. Исследование круговых транспортных реакций в галогенных лампах накаливания// Тез. докл. II Междунар. светотехн. конф. 22-25 мая 1995. -Суздаль, 1995. -С.55-56.

4. Байнева И.И., Харитонов A.B. Моделирование и расчет теплового поля в линейных галогенных лампах накаливания// Вестник: Сб. науч. тр. Морд. гос. унив-та. -Саранск, 1995. -*1. - С.74-77.

5. БаОнева И.И., Харитонов A.B. Об управлении процессом теплопереноса в галогенных лампах накаливания// Методы и средства управления технологическими процессами: Тез. докл. междунар. науч. конф. 5-7 дек. 1995. -Саранск, 1995.-С.20.

6. БаОнева И.И., Харитонов A.B., Волков В.И. Тепловой режим колб и его влияние на регенеративный цикл в галогенных лампах накаливания// Прикладные вопросы физики. Техника эксперимента: Сб. науч. тр. - Саранск, 1996. -С.38-46.

7.БаОнева И.И., Харитонов A.B. Влияние температуры колбы на регенеративный цикл в галогенных лампах накаливания // Ос-ветление'96: Тез. докл. Междунар. науч.-техн. конф. 9-11 октября 1996 г. -Болгария, Варна, 1996. -С.59.

в.Мордюк B.C., Карьгин И.П., БаОнева И.И., Харитонов A.B. Электронномикроскопические исследования внешнего массопереноса в галогенных лампах накаливания// Осветление'96: Тез. докл. Междунар. науч.-техн. конф. 9-11 октября 1996 г. -Болгария, Варна, 1996. -С.68.

Э.Иордхж B.C., Карьгин И.П., БаОнева И.И. Механизм и де-

тали внутреннего- массопереноса в галогенных лампах накаливания// Осветление'96: Тез. докл. Междунар. науч.-техн. конф. 9-11 октября 1996 г. -Болгария, Варна, 1996. -С.69.