معرفی و دانلود فایل کامل بررسی بر احتراق ذرات

بررسی بر احتراق ذرات

مواد جامد بسیاری وجود دارند که قابلیت احتراق داشته و در صورتیکه شرایط محیطی صحبت اشتعال آن فراهم شود، شروع به سوختن می نمایند این شرایط که در نهایت منجر به ایجاد یک جرقه می گردد تا حدود زیادی به طبیعت و ابعاد ذره جامد بستگی دارد معمولاً قابلیت احتراق ذرات جامد با کاهش اندازه آنها به شدت افزایش می‌یابد به خصوص اگر ذرات جامد به شکل پودر و یا غبار در

دسته بندی	فنی و مهندسی
فرمت فایل	doc
حجم فایل	67 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل	81

دریافت فایل

فروشنده فایل

کد کاربری 8044

تمام فایل ها

1-1- مقدمه ای بر احتراق ذرات ]1و2[

مواد جامد بسیاری وجود دارند که قابلیت احتراق داشته و در صورتیکه شرایط محیطی صحبت اشتعال آن فراهم شود، شروع به سوختن می نمایند. این شرایط که در نهایت منجر به ایجاد یک جرقه می گردد تا حدود زیادی به طبیعت و ابعاد ذره جامد بستگی دارد. معمولاً قابلیت احتراق ذرات جامد با کاهش اندازه آنها به شدت افزایش می‌یابد به خصوص اگر ذرات جامد به شکل پودر و یا غبار درآیند که در اینصورت شرایط جهت احتراق به مراتب مساعدتر می گردد و در این حالت نه تنها سریع‌تر محترق گشته بلکه سرعت سوزش آنها نیز افزایش می یابد. دلیل این امر به میزان اکسیژن نفوذ کرده به داخل توده ذرات بر می گردد. در واقع در حالت فوق الذکر هوا یا اکسیژن راحت تر به درون توده ذرات نفوذ کرده و افت حرارتی سطح سوزش کمتر می تواند به داخل جسم رخنه کند.

هنگامی که فاصله بین ذرات زیاد می شود، زمینه مناسب جهت سوختن سریع مهیا می گردد، چرا که هوای کافی جهت احتراق، بین ذرات قرار می گیرد. حال اگر این پتانسیل بالا که در احتراق ذرات ریز جامد وجود دارد خارج از کنترل به فعالیت در آید می تواند باعث خطرات فاجعه آمیز و آسیب دیدگی اقرار شود. چرا که نرخ سریع سوزش ذرات بر روی تغییرات فشار اثر گذاشته و باعث گستردگی شعله می گردد.

ذراتی که در اکثر صنایع وجود دارد، قابل احتراق می باشند. این ذرات ممکن است مستقیماً ترمیم گردند و یا در در اثر سایر تولیدات صنایع بوجود آیند بعنوان مثال می‌توان از ذره آرد، شکر، ذرت، پلاستیک ها و فلزات زغالسنگ و مواد دارویی که مستقیماً در صنایع تولید می شوند نام برد.

از جمله ذرایت که به صورت ناخواسته و در هنگام تولیدات صنعتی بوجود می‌آیند، براده های چوب، کرک و منسوجات و انواع دیگر براده ها می باشد. در هر صورت همگی این ذرات قابلیت احتراق داشته و در صورت فراهم شدن شرایط اشتعال و یا انفجار بسیار خطرناک می باشند. این انفجارها معمولاً زمانی رخ می دهد که ذرات در هوا پراکنده می گردند و منبع جهت ایجاد جرقه وجود داشته باشد، در حالیکه آتش سوزی ذرات در حالات توده ای، لایه ای و غیره می تواند رخ دهد. ذکر این نکته ضروری است که سرعت انتشار انفجار ناشی از ذرات به قدری زیاد است که می توان گفت اگر انفجار رخ دهد تلاش در جهت خنثی کردن اثرات زیانبار آن بیهوده است.

به طور کلی مجموع مباحث موجود در احتراق ذرات ریز جامد را می توان در دو بحث عمده «تکنولوژی مدرن احتراق» و «پیشگیری و ایمنی» خلاصه نمود. امروزه احتراق ذرات ریز جامد به لحاظ تکنولوژی مدرن احتراق در صنایع نظامی و صنایع هوا فضا کاربردهای متنوع و متعددی دارد که از آن جمله می توان به استفاده از ذرات فلزی در سوخت موشکهای جامد سوز به منظور افزایش پایداری احتراق و افزایش راندمان احتراق اشاره نمود. در واقع ارزش سوخت جامد که تولید انرژی فراوان مشخصه بارز آن بوده زمانی نایابتر می گردد که محدودیت حجمی و وزنی وجود داشته باشد.

از طرفی وجود غبار ذرات در صنایع باعث ایجاد مشکلات عدیده ای می گردد که پیشتر تشریح شد. مطالب ذکر شده مبین این مطلب بوده که جهت جلوگیری از انفجارهای ناخواسته غبار ذرات در صنایع و استفاده بهینه از ذرات فلزی در موشکها، نیاز به فعالیتهای تحقیقاتی مناسب می باشد. در این راستا شناخت مکانیزم انتشار شعله ذرات ریز جامد در ابری از ذرات، هدف مطالعاتی بسیاری از محققین در این زمینه می‌باشد. برای شناخت این مکانیزم عمدتاً پارامترهایی نظیر سرعت سوزش و فاصله خاموشی مورد بررسی و مطالعه قرار می گیرد.

ضمناً ذکر این نکته ضروری است که در مبحث اشتعال و ذرات تعریف واحدی در خصوص عبارت ذره وجود نداشته و در عمل عبارت ذره و پودر بدون هیچ فرقی استفاده می گردند. برای اهداف موجود در این پایان نامه هر دو عبارت قابل استفاده بوده ولی در بیشتر موارد از عبارت ذره استفاده گردیده است. البته این نامگذاری را می‌توان براساس قطر انجام داد. بر طبق استاندارد انگلیسی، ذرات با قطر کمتر از یک میکرون را دور یا غبار و ذرات بزرگتر از یک میکرون را ذره و ذرات با ماکزیمم ابعاد کمتر از هزار میکرون را پودر می نامند.

1-2- تاریخچه احتراق

بیش از صد سال قبل، انفجار در معادن زغال سنگ تنها بواسطه وجود ذرات، پذیرفته شده بود. هنگامی قضیه احتراق ذرات از اهمیت بیشتری برخوردار شد که در سده اخیر انفجاراتی در صنایع بیشمار دیگری که ما ذرات سر و کار داشتند به وقوع پیوست و خطرات انفجار ذرات و نیاز به توجهات کافی در مورد آنرا یادآور شد. انفجارات مهم به ثبت رسیده در ایالات متحده و کانادا از سال 1860 میلادی شامل معادن زغال سنگ نشانگر خرابیهای فراوان به بار آمده در کارخانه ها و بناها می‌باشد. در انگلستان آماری از تعداد انفجارها و تلفات ناشی از آن ارائه گردیده است. ولی تعداد میانگین انفجار ذرات در این کشور در سالهای اخیر 2 تا 3 مورد در ماه گزارش گردیده است.

1-3- مروری بر ادبیات احتراق

جهت شناخت و بررسی رفتار احتراقی ذرات ریز جامد لازم است مفاهیم اولیه و پارامترهای احتراقی ذرات جامد نظیر انواع شعله ها، دمای آدیاباتیک شعله، سرعت انتشار، سرعت سوزش، شعله آرام، شعله آشفته و… مورد مطالعه قرار گیرد. در این بخش به ذکر مفاهیم و تعاریف موارد فوق الذکر می پردازیم.

1-3-1- انواع شعله های اساسی ]3[

در فرایندهای احتراق، سوخت و اکسید کننده مخلوط شده و می سوزند. احتراق را بر اساس زمان مخلوط شدن سوخت و اکسید کننده به دو دسته پیش آمیخته[1] و غیر پیش آمیخته[2] تقسیم می کنند. به آن دسته از شعله هایی که در آن سوخت و اکسید کننده پیش از احتراق مخلوط می شوند شعله پیش آمیخته و به آن دسته از شعله هایی که در آن فرایند احتراق و مخلوط شدن سوخت و اکسیدایزر به صورت همزمان رخ می‌دهد شعله غیر پیش آمیخته گفته می شود. شکل (1-1) نمایی از یک شعله پیش آمیخته و شکل (1-2) یک شعله غیر پیش آمیخته را نشان می دهد.

1-3-2- دمای آریاباتیک شعله و شعله آریاباتیک

در یک فرایند احتراقی که به صورت آریاباتیک انجام شده باشد، درجه حرارت محصولات احتراق را دمای آریاباتیک شعله می نامند. در واقع دمای آریاباتیک شعله با فرض اینکه تغییری در انرژی جنبشی و پتانسیل رخ ندهد و کاری انجام نشود، حداکثر مقداری است که مواد اولیه پس از احتراق به آن می رسند. چون هیچ انتقال حرارتی انجام نمی گیرد و هیچ احتراق ناقصی باعث کاهش دمای محصولات نمی‌شود. البته واقعیت این است که تمام شعله ها حرارت خود را به محیط اطراف منتقل می کنند. ولی اغلب در بررسیهای تئوریک شعله، آن را آریاباتیک فرض می‌کنند. برای نزدیک شدن به طرح آریاباتیک شعله، می توان شعله را در یک لوله و یا چراغی که با محیط اطراف خود تبادل حرارتی کم و خیلی سریع داشته، در نظر گرفت.

در انتشار شعله در یک کانال باریک، از آنجا که قطر کانال کوچک تر از طول آزاد انتشار تشعشع در مخلوط ذرات ساکن می باشد، بنابراین تشعشع حاصل از پیشانی شعله و ناحیه محصولات احتراق در عبور از کانالها، به طور کامل بوسیله دیوارهای کانال جذب می شود.

1-3-3- احتراق ابر ذرات ]4[

احتراق ابر ذرات مدلی برای بررسی پارامترهای شعله و رفتار احتراقی ذرات ریز جامد می باشد. در این مدل از گسترش شعله در میان ابری از ذرات به عنوان بحث پایه جهت تحلیل پارامترهای احتراقی استفاده می گردد. ابر ذرات شامل مجموعه نسبتاً یکنواختی از ذرات می باشد که دارای قطر متوسط پایین هستند. در احتراق ابر ذرات که ایجاد ابر ذرات یکنواخت از جمله الزامات آن است، نوع سیستم پراکنش مهم می‌باشد.

همچنین اندازه قطر ذرات در احتراق ابر ذرات نقشی به سزا دارد. به طوریکه هرچه اندازه قطر ذرات کم شود، احتراق در ابر ذرات می تواند خیلی سریعتر انجام شده و حتی انفجارهای جدی و خطرناکی را بوجود آورد. به این ترتیب با توجه به مطالعات تجربی، ذرات با قطر کمتر از 100 میکرون می توانند خصوصیات ابر ذرات یکنواخت جهت احتراق ابر ذرات را داشته باشند.

بعلاوه ابر ذرات فلزی که نقطه جوش آنها بیشتر از دمای شعله می باشد جهت انجام مطالعات پایه مناسبترین می باشد. احتراق ابر ذرات فلزی به سبب خصوصیات بارز آن در تولید انرژی، مدتهاست که هدف مطالعات محققین در این زمینه می باشد. اشکال (1-3) و (1-4) تصاویری از احتراق ابر ذرات می باشد که توسط دوربین سرعت بالا در آزمایشگاه تحقیقاتی احتراق دانشکده مکانیک دانشگاه علم و صنعت ایران بدست آمده است.

1-3-4- احتراق تک ذره

احتراق تک ذره مدلی است که در آن یک ذره ریز جهت شناسایی رفتار احتراقی محترق می گردد. در واقع احتراق تک ذره یک نوع مطالعه در ابعاد میکروسکوپی می‌باشد. در این زمینه می توان به کارهای Edward L.Dreizin اشاره نمود. ولی با محترق نمودن یک ذره آلومینیوم در محفظه ای خاص، ویژگیهای احتراق آلومینیوم نظیر نوارهای روشنایی، تغییرات سرعت ذرات سرزنده، زمان احتراق، تاثیر اکسیدایزر بر احتراق، انفجارهای کوچک در پایان احتراق، احتراق غیر متقارن و... را مورد بررسی قرار داده است ]5و6[. شکل (1-5) احتراق یک تک ذره را نشان می دهد. در خصوص احتراق تک ذره در بخش بعد به طور مفصل بحث خواهد شد.

1-3-5- شعله آرام

شعله آرام عبارتست از یک لایه نازک و بدون اعوجاج و صاف که در ناحیه مخلوط سوخته نشده و محصولات احتراق را از یکدیگر جدا می کند. برای ایجاد یک شعله آرام، یکی از مشکلات حضور نیروی جاذبه است. در محیطهای غیر همگن، مانند مخلوط ذرات ریز جامد و هوا، ذرات تحت تاثیر نیروی جاذبه به مرور ته نشین می‌شوند و همین امر باعث افزایش غلظت سوخت و پیرو آن ایجاد شعله آشفته می‌گردد. با توجه به اهمیت نیروی جاذبه در بروز مشکلات آزمایشگاهی، روشها و مکانیزمهای متفاوتی برای توزیع ذرات پیشنهاد شده است که هر کدام به نوعی سعی در حذف و یا کاهش اثر جاذبه در جریان آزمایشات دارند که از آن جمله می توان به روش جاذبه ضعیف[3]]7[، روش جاذبه صفر]8[، تعمیق ذرات به روش الکتروستاتیکی[4]]9[، تعمیق استاتیکی به روش الکتروستاتیکی[5]]9[، روش تعمیق ناگهانی[6]]10[ و روش بستر سیالی شده[7]]11[ اشاره نمود.

در ناحیه‌ای که شعله آرام تشکیل می شود، شعله با سرعت ثابت منتشر می‌گردد. پیشانی شعله آرام، بدون اعوجاج و تقریباً تخت و یا سهمی شکل می باشد. شکل
(1-6) تصویری از شعله آرام ابر ذرات آلومینیوم را در مخلوطی از اکسیژن- نیتروژن نشان می دهد.

1-3-6- شعله آشفته

از مشخصه های کلی احتراق ابر ذرات، وجود اغتشاش قابل ملاحظه در مخلوط نسوخته قبل از عبور شعله می باشد. در این حالت در صورتیکه غلظت ذرات جهت ایجاد شعله آشفته مناسب باشد، شعله آشفته تشکیل می گردد. در یک شعله آشفته، شعله به یک ناحیه واکنش توزیع شده تبدیل نمی شود. بلکه به نواحی واکنش متنوع تقسیم می گردد ]12[. در ناحیه ای که شعله آشفته تشکیل می گردد، سرعت شعله با شتاب زیادی افزایش می یابد. پیشانی شعله آشفته دارای اعوجاجهای نامنظم و اشکال مختلف می باشد که از آن جمله می توان به چین خوردگیهای نامنظم، وجود ورتکسها در پیشانی و ... اشاره نمود. شکل (1-7) تصویری از یک شعله آشفته را نشان می‌دهد.

1-3-7- سرعت انتشار شعله

در محیط ذرات ریز جامد با ایجاد جرقه مناسب، شعله ای ایجاد گردیده و در صورتی که بستر سیال محتوی ذرات جهت انتشار شعله مناسب باشد، شعله با سرعت خاصی که بستگی به غلظت ذرات و نوع گاز ترکیبی با ذرات دارد، شروع به حرکت می‌نماید. سرعت انتشار شعله یکی از پارامترهای دینامیکی مهم در شعله بوده و کمک بسزایی در جهت شناخت آن می نماید.

سرعت شعله تابعی از غلظت ذرات ریز جامد می باشد و با تغییر غلظت ذرات سرعت انتشار شعله در محیط ذرات ریز جامد تغییر می نماید. جهت اندازه گیری سرعت شعله می توان از روشهای تصویر برداری و یا سنسورهای مناسب استفاده کرد. شکل (1-8) نشان دهنده تغییرات سریعت شعله به صورت تابعی از غلظت ذرات می‌باشد.

1-3-8- سرعت سوزش[8]

سرعت سوزش نرخ تبدیل ناحیه سوخته نشده به ناحیه سوخته شده می باشد. سرعت سوزش ذرات یکی از مهمترین کمیتهای مورد نظر ما بوده که اندازه گیری آن به طور مستقیم امکان پذیر نمی باشد. برای بدست آوردن سرعت سوزش باید ابتدا مقدار سرعت انتشار شعله را بدست آورد و سپس بر نسبت سطح شعله به سطح مقطع لوله آزمایش احتراق ذرات که برای تمام غلظتها تقریباً برابر 5/1 الی 2 می باشد تقسیم نمود. شکل (1-9) نشان دهنده سرعت سوزش برحسب غلظت ذرات می باشد.

1-3-9- ضخامت شعله[9]

ضخامت شعله که با نماد نشان داده می شود، عبارت از یک لایه بسیار نازک بوده که دو ناحیه سوخته نشده و سوخته شده را از هم جدا می نماید. اندازه گیری ضخامت شعله ذرات ریز جامد به دلیل پیچیدگیهایی که دارد و بدلیل تاثیر غلظت ذرات بر آن کار بسیار مشکلی می باشد. به این ترتیب که برابر قرار دادن نرخ حرارت تولید شده در شعله با نرخ حرارت تلف شده از ناحیه شعله در جدار لوله، ضخامت شعله برحسب فاصله خاموشی بدست می آید.

1-3-10- فاصله خاموشی شعله[10]

فاصله ایست که شعله در بین صفحاتی که در مسیر حرکتش قرار می گیرد خاموش می‌گردد. این فاصله معمولاً بین 7-3 میلی متر می باشد. فاصله خاموشی که با نماد dq نشان داده می شود، یکی از بنیادی ترین پارامترهای دینامیکی شعله می باشد.

1-3-11- خاموشی شعله[11]]13[

مسئله اصلی در خاموشی شعله تعیین حداکثر اندازه گذرگاههایی از قبیل قطر لوله، اندازه مجرا یا فاصله بین صفحاتی است که شعله از میان آنها نتواند عبور کند. اگر شعله بخواهد منتشر شود، آزاد شدن انرژی در اثر واکنش شیمیایی باید بتواند درجه حرارت ناحیه واکنش را به اندازه کافی بالا ببرد تا واکنش سریع، تقویت گردد. اگر انتقال حرارت به سطوح اطراف به اندازه کافی زیاد باشد، دما افت پیدا خواهد کرد و واکنش کند می گردد. همانطور که واکنش کند می گردد، نرخ آزاد شدن انرژی پایین آمده و درجه حرارت به زیر دمای اشتعال نزول پیدا خواهد کرد و شعله خاموش می‌شود. همین پدیده نیز در محفظه‌های احتراق در جاییکه دمای لایه مرزی نزدیک سطوح فلزی، به پایین تر از دمای اشتعال می رسد مشاهده می شود.

برای یک مخلوط مشخص، چندین اندازه لوله (d₀) وجود دارد که شعله دیگر نمی‌تواند منتشر گردد؛ اندازه لوله تا جاییکه هیچ شعله ای در آن نتواند منتشر شود، کم می گردد. ممکن است لوله با صفحات موازی (شکافهای مستطیلی) یا با یک شکل مخروطی جایگزین گردد. در حالت مخروطی شکل، شعله در طرف بزرگ مخروط شروع شده و در موقعیتی که شعله خاموش می گردد، قطر خاموشی تعیین می‌گردد.

فاصله خاموشی d₀ به شکل دیواره ها، نوع سوخت، استوکیومتری، فشار، درجه حرارت شرکت کننده ها و آشفتگی بستگی دارد. نمودارهای فاصله خاموشی در برابر نسبت تعادلی به صورت یک سهمی با یک مینیمم در قسمت غلیظ نسبت استوکیومتریک می باشند. در طرف رقیق، فاصله خاموشی با عکس سرعت سوزش متناسب می باشد. با افزایش وزن مولکولی سوخت در قسمت غلیظ، فاصله خاموشی به طور جزئی کاهش می یابد. برای مخلوط پروپان- هوا شکلهای (1-10) و (1-11) داده های فاصله خاموشی موازی را نشان می دهند. فاصله خاموشی تقریباً با عکس فشار متناسب می باشد. برای نسبت استوکیومتریک پروپان- هوا، d₀­ با p^-0.88 متناسب بوده ولی برای هیدروژن هوا d₀ با p^-1.14 متناسب می باشد. بعنوان یک تقریب اگر سرعت سوزش با توان S فشار متناسب باشد آنگاه برای فشارهای پایین، d₀ با p ^–(1+S) متناسب خواهد شد. اثر درجه حرارت شرکت کننده T₀ روی فاصله خاموشی توسط این فرمول تقریبی d₀V₁/T₀=cte بدست می آید.

اثر آشفتگی کمتر محسوس بوده اما با افزایش آشفتگی، انتقال حرارت افزایش یافته، بنابراین فاصله خاموشی نیز افزایش خواهد یافت. اثرات هیدرودینامیکی دیگر از قبیل شناوری روی فاصله خاموشی نیز مشهود است. برای شعله های رقیق در لوله ها، فاصله خاموشی در پایین دست نسبت به بالا دست جریان، 10 درصد بیشتر است. برای شعله های غلیظ ممکن است ناپایداری اتفاق بیفتد و پدیده خاموشی خیلی پیچیده‌تر می شود.

کلاً اثرات دیواره به علت انتقال حرارت بوده نه در اثر نفوذ اجزاء که به نظر نمی‌رسد روکش دار کردن دیواره ها بر روی خاموشی اثر جزئی داشته باشد.

1-3-12- حداقل انرژی جرقه

منظور از حداقل انرژی جرقه که با نماد E _min نشان داده می شود، مقدار انرژیی است که باید توسط منبع جرقه به کار گرفته شود تا احتراق شروع شود. بنابراین در انرژی بیشتر نیز می توان جرقه و در نتیجه احتراق داشت ولی نکته حائز اهمیت در حداقل انرژی جرقه، بحث بهینه سازی است.

1-3-13- حدود اشتعال

منظور از حدود اشتعال این است که بدانیم حد ایجاد اشتعال کجا بوده و در چه ناحیه‌ای از غلظت، شعله نداریم. علاوه بر این از شعله اضافی یعنی بالاتر از حد اشتعال جلوگیری کرده، چرا که اگر مثلاً کارخانه ای در فضای پایین تر از حد اشتعال باشد ایمن می باشد. شکل (1-12) حدود اشتعال را در احتراق ذرات آ‌لومینیوم در مخلوطی از اکسیژن- نیتروژن نشان می دهد.

فصل دوم

بررسی رفتار احتراقی ذرات ریز فلزی

2-1- مقایسه انتشار شعله در ابر ذرات بور، آلومینیوم، منیزیم، زیرکونیم و آهن [ ]

کاری که توسط آقایان Shevchuk، Boychuk، Goroshin و Kostyshin در دانشگاه ایالتی ارسا انجام شده، در زمینه انتشار شعله در ابر ذرات فلزی مختلف با اندازه‌های مشابه می باشد. ذیلاً شرحی از کار ایشان و نتایج بدست آمده مورد بررسی قرار خواهد گرفت. در این آزمایشات دو مسئله حائز اهمیت می باشد؛ اول بررسی شرایط لازم جهت انتشار شعله در ابر ذرات بود و مسئله دوم مقایسه سرعت شعله بین فلزات مختلف در شرایط یکسان.

این مقایسات باید بر مبنای سرعت سوزش انجام شود چرا که ابر ذرات مختلف نه تنها ممکن است در میزان سرعت انتشار متفاوت باشند بلکه در شکل سطحی نیز تفاوت داشته باشند. لذا در این کار اثر غلظت بر سرعت سوزش در مخلوطهایی از هوا و M_g، Al، Zr، Fe و B مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایشات در لوله های شیشه‌ای ی عمودی با قطر m035/0 و طول m1 انجام شده است به طوریکه سوخت از پایین لوله که محصور شده است به سمت بالا حرکت می کند و در بالای لوله که باز می باشد مشتعل می گردد. جرقه اولیه جهت ایجاد اشتعال توسط یک جرقه زن الکتریکی با توان 27 وات ایجاد می گردد.

در مخلوطهایی از M_g، Al، Zr و هوا ویژگیهای فرایند احتراق بسیار پیچیده و ناپایدار می باشد. یک Photoregistrogram از حرکت شعله در مخلوط آلومینیوم- هوا در شکل (1) به همراه بخشهایی از سطح شعله در مقاطع متناظر نشان داده شده است. شکل (1) در مقاطع گذار از یک حالت به حالت دیگر مورد بررسی قرار گرفته است:

در ابتدا یک شعله آرام که شکل سطح آن شبیه یک منحنی سهمی می باشد به طور مستقیم در داخل مخلوط سوخته پیش می رود (بخش a-b در شکل (1))، سپس یک شعله مرتعش با شکل ثابت (نوع اول) و با فرکانس ارتعاش (b-c)، در ادامه یک شعله مرتعش با شکل موج دار روی سطح (نوع دوم، c-b) و در نهایت یک شعله آشفته با ویژگیهای توسعه یافته (d-e).

شکل (2) وابستگی سرعت سوزش v_f به غلظت سوخت، c، را نشان می دهد.

در سوزش کند مخلوط هوا و ذرات آهن، تنها رژیمهای آرام و مرتعش نوع اول وجود دارد. در مخلوطهای هوا- بور ، آغاز فرآیند انتشار با موفقیت همراه نشد چون ذرات بور سوخته شده در شعله جرقه زن به سمت بالای لوله خارج می‌شوند.

در همه مخلوطهای Ze,Al,Mg با اکسیژن که در آن بیشتر از 4/0 می باشد یک رژیم نوسانی شدید احتراقی و بلافاصله به دنبال آن گذار به رژیم آشفته دیده می‌شود. در مخلوطهای اکسیژن- بور که در آن 7/0 یا 4/0= می باشد، انتشار پایدار شعله محقق نشد. تنها تکه های جداگانه ای از شعله سعی در انتشار داشتند که خاموش شدند. اما در 7/0> فرآیند احتراق دارای ویژگیهای یک شعله آرام (Laminor) بوده که در آن شعله دارای سرعت انتشار ثابت و پیشانی تقریباً تخت همانند شکل (3) می باشد. تنها بی ثباتی مشهود در فرایند انتشار شعله در مخلوط B+O₂ بی ثباتی در جابجایی شعله است که به صورت تغییرات متناوب در انحراف سطح شعله به سمت دیواره های لوله ظاهر می گردد. مورد مشابه این اثر در مخلوطهای هوا و آهن نیز دیده می شود.

همچنین ورتکسهایی در ناحیه محصولات احتراق بوجود می آید. در واقع شرط لازم جهت تشکیل ورتکسها در ناحیه محصولات احتراق در نزدیکی ناحیه احتراق،
04/0Fr< می باشد (، که در آن g شتاب جاذبه و D قطر لوله می باشد) (Abrukov, Samonov, 1958). بور و آهن صادق است و برای دیگر سوختها صادق نمی باشد. بیشترین تلفات احتمالی در لوله هایی که محدوده انتشار شعله در آن کم می‌باشد مربوط به میزان جابجایی شعله در مخلوطهای بور است. به همین علت، در همه موارد، انتشار شعله در مخلوطهای بور توسط صفحات خاموشی تقریباً در اواسط لوله خاتمه می یابد. مورد مشابه این موضوع در مخلوطهای هوا و آهن نیز وجود دارد.

در مخلوطهای منیزیم، آلومینیوم، روی و آهن (برای آهن در غلظتهای کم)، سرعت سوزش شعله آرام با افزایش غلظت سوخت به اندازه افزایش می یابد. در مخلوطهای B+O₂ سرعت سوزش در محدوده غلظت مورد نظر، به غلظت بستگی نداشته و در حدود cm/sec8 می باشد. این نتیجه غیر منتظره‌ای است و در حال حاضر هیچ پیش زمینه تئوریکه وجود ندارد.

ضمناً توجه کنید که در ابر ذرات مخلوط B+O₂ با حجم 5 لیتر، سرعت سوزش در غلظت سوخت g/m³350 برابر cm/s10 بدست آمد. با تعویض بخشی از اکسیژن مخلوط با هیچ سرعت سوزش افزایش یافت به طوریکه در مخلوط
He%40+ O₂%60+B سرعت سوزش در غلظت یاد شده cm/s6/13 بدست آمد.

بعنوان نتیجه بحث می توان مکان زیر را بیان نمود.

1- شعله آرام ساکن در مخلوطهای بور حاوی اکسیژن زیاد (7/0>) می تواند شکل بگیرد که علت آن مقدار کم سرعت سوزش و تاثیر جابجایی طبیعی می باشد (انتشار شعله در لوله ها در راستای بردار ).

2- در مخلوطهای اکسیژن- بور، سرعت سوزش اساساً به میزان غلظت سوخت بستگی ندارد، که این قضیه احتمالاً دلیلی بر ضعیف بودن مکانیزم فعال سازی اشتعال بور می باشد.

3- براساس مقادیر بدست آمده، سوختهای آزامایش شده به لحاظ مرتبه فعال سازی (activity) می توانند به ترتیب زیر قرار گیرند: Mg، Zr، Al، Fe و B. همین ترتیب در ارتباط با پایداری رژیم سوزش لامینار وجود دارد.

2-2- شعله‌های آرام پیش‌آمیخته در ابر ذرات بور] [

در این بخش کار آقایان Goroshin ، Ageyev، Shoshin، Shevchuk، که در بخش فیزیک دانشگاه ایالتی ؟ انجام شده مورد توجه قرار گرفته است. آنها با آزمایشات متعدد اثر علظت چرمی بود و نوع ترکیب مخلوط گاز را بر سرعت سوزش مورد بررسی قرار دارند. ذیلاَ به بررسی و تشریح کار ایشان می‌پردازیم.

برای تحقیق در خصوص احتراق ابر ذرات بور از شعبه پدیدار ؟ پیش‌آمیخته نوع جنس (‌Bunsen ) استفاده شده است. شکل (‌4) شماتیکی از دستگاه آزمایش را نشان می‌دهد.

شکل (‌4- الف ) ترکیبی از یک پیستون تغذیه کننده و یک شکاف برای پخش ذرات را نشان می‌دهد. ذرات قبلاَ توسط یک نوسانگر[12] در سیلندر تغذیه کننده فشرده شده‌اند. حرکت خطی پیستون در محدوده سرعت تنظیم شده است. میزان حجم گاز در شیار دایروی ( انواع شیار 30 میکرون می‌باشد) ثابت و برابربا می‌باشد. تنظیم جریان ذرات در طول یک نازل مخروطی که توسط آب خنک می‌شود با استفاده از یک egector انجام می‌شود. زمانیکه نیاز باشد. جریان ذرات با کمک یک گزمکن الکتریکی حلقوی پیش‌گرم می‌شود جهت پیدا نگه‌داشتن شعله غبار ذرات بود از نوع جنس از یک نگهدارنده شعله پروپان - ؟ استفاده شده است( به شکل 4 توجه کنید). تمام جریان مخلوط پروپان، اکسیژن از 10 % جریان ذرات که از سال خارج می‌شود تجاوز نمی‌کند. جدیدترین آزمایشات شعله غبار ذرات بر این نکته تأکید دارند که استفاده از نگهدارنده شعله[13] در عمل هیچ تأثیری بر سرعت شعله ندارد. میزان غلظت غبار ذرات با جمع‌آوری تمام ذرات خارج شده از فیلتر در مدت 5 تا 10 ثانیه و توزین آنها اندازه‌گیری می‌شود.

سرعت سوزش با تقسیم میزان جریان خارج شده از نازل بر سطح مخروطی شعله داخلی محاسبه می‌شود از خصوصیات شعله ذرات بور و روشنایی بیش از حد آن می‌باشد. به همین علت عکسبرداری با فیلتر انجام شده است. درجه خلوص غبار ذرات بور در این آزمایشات 97 % می‌باشد. شکل ذرات بور بی‌قاعده و با نظم و عموم ذرات دارای دو نظر متفاوت می باشند قطر میانگین ذرات می‌باشد توزیع قطر ذرات را در شکل ( 5 ) ببینید.

در این مقاله گزارش شده است که زمانی که سرعت شعله بینهایت محکم است، مثلاَ در سوسپانسیونهای غبار ذرات بور اکیژن خالص موفق به پایدار نمودن شعله بنفش شده‌اند. حتی زمانیکه توان پایدار کننده دو برابر شد. در این حالت با انتشار شعله در یک لوله عمودی سرعت شعله بدست آمده است.

نتایج تجربی اثر غلظت جرمی بور بر سرعت سوزش در مخلوطهای گازی با ترکیبات مختلف در شکل (6) ارائه شده است حد بالایی غلظت سوخت در آزمایشات را ویژگیهای سیستم ایجاد جریان ذرات تعیین می‌کند.

همچنین حد پایین غلظت سوخت ( تقریباَ با عدم امکان ایجاد شعبه پایدار تعیین می‌گردد.

در این شکل واضح است که تغییر غلظت سوخت عملاَ تأثیری در سرعت سوزش ندارد.

شکل (‌7) اثر ترکیب مخلوط گاز هلیم / اکسیژن بر سرعت سوزش شعله را نشان می‌دهد. این شکل بیانگر این مطلب است که اثر ترکیب مخلوط گاز هلیم / اکسیژن بر سرعت سوزش بسیار قوی می‌باشد. که بیشترین مقدار آن مربوط به مخلوط گاز می‌باشد. زمانیکه غلظت اکسیژن کمتر از 24 % باشد، شعله بور در مشعل پدیدار نمی‌شود. در لوله نیز منتشر نمی‌گردد.

بررسی بر احتراق ذراتانواع شعله های اساسیاحتراق ابر ذرات

اعتماد شما سرمایه ما

معرفی و دانلود فایل کامل بررسی میدان های الکترومغناطیسی

بررسی میدان های الکترومغناطیسی

شما واقعاً بیشتر از آنچه که فکر می کنید می دانید فضای نیروی مغناطیسی دار فقط یک اسم است که دانشمندان به یک دسته ای از انواع تشعشعات می دهند و همچنین وقتی که آنها می خواهند درباره آن تشعشعات به صورت گروهی صحبت کنند تشعشع انرژی است که به سمت جایی مشخص مسیری را می پیماید و گسترش می یابد تشعشعات قابل رویتی که از یک لامپ در خانه شما تشعشع می کنند یا ام

دسته بندی	فنی و مهندسی
فرمت فایل	doc
حجم فایل	24 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل	41

دریافت فایل

فروشنده فایل

کد کاربری 8044

تمام فایل ها

میدان های الکترومغناطیسی

موضوع 1:

طیف وابسته به نیروی مغناطیسی

اندازه گیری فضای دارای نیروی مغناطیسی

شما واقعاً بیشتر از آنچه که فکر می کنید می دانید- فضای نیروی مغناطیسی دار فقط یک اسم است که دانشمندان به یک دسته ای از انواع تشعشعات می دهند و همچنین وقتی که آنها می خواهند درباره آن تشعشعات به صورت گروهی صحبت کنند- تشعشع انرژی است که به سمت جایی مشخص مسیری را می پیماید و گسترش می یابد- تشعشعات قابل رویتی که از یک لامپ در خانه شما تشعشع می کنند یا امواج رادیویی که از سمت یک ایستگاه رادیویی می آیند در حقیقت I نوع از انواع تشعشعات نیروی مغناطیسی هستند- مثالهای دیگر تشعشعات الکترومغناطیسی امواج خیلی کوچک مغناطیسی، اشعه مادون قرمز و روشنایی ایجاد شده بوسیله اشعه ماورابنفش و همچنین اشعه x و اشعه گاما هستند- بیشتر اجسام دارای انرژی گرم هستند و حتی تشعشع دارای انرژی بالاتری نسبت به اجسام سرد ایجاد می کنند- فقط گرمای خیلی زیاد اجسام یا حرکت ذرات در یک سرعت بالا می تواند تشعشع انرژی بالا مانند اشعه x و اشعه گاما ایجاد کند- در اینجا تشعشعات متفاوت فضای الکترومغناطیسی وجود دارد و در عمل از کمترین به بیشترین انرژی هستند.

موج رادیویی: بله این شبیه امواج انرژی رادیویی است که ایستگاههای رادیویی منتشر می کنند که این انتشار به سوی هوا و برای تسخیر و توسعه و پخش از رادیو می باشد که شما می توانید صدای برگزیدگان خود مانند موزارت، مدونا و یا موسیقیهای کولیو را گوش کنید و لذت ببرید- امواج رادیویی همچنین توسط چیزهای دیگر از قبیل ستارگان و گازها در فضا فرستاده می شوند- شما قادر نیستید بفهمید که چه چیزی به این اجسام فرستاده می شود اما شما می توانی بفهمی که به چه میزان آنها ساخته می شوند.

امواج کوچک: آنها ذرت بو داده را در مدت زمان کمی می پزند- در فضا امواج کوچک توسط ستاره شناسان برای یادگیری درباره قواعد کهکشان راه شیری که راه شیری را در بر می گیرند به کار برده می شوند.

اشعه مادون قرمز: ما اغلب فکر می کنیم که این با چیزی شبیه گرما شروع می‌شود زیرا پوستمان را سرخ می کند - در فضا موقعیت امواج مادون قرمز بین ستاره ها می‌باشد.

قابل رویت: بله این مربوط به قسمتی است که چشمهای شما می بیند- امواج مرئی توسط هر چیز از آتش در حال تشعشع که به روشنایی ستاره ها و لامپها منجر می‌شود، تولید می شود- همچنین توسط حرکت سریع ذرات، ذرات دیگر گرم می شوند.

اشعه ماورابنفش: ما می دانیم که خورشید یک منبع ماورابنفش است- زیرا آن دارای اشعه های ماورابنفش است که پوستمان را می سوزاند- ستاره ها و دیگر اجسام داغ در فضا اشعه ماورابنفش می فرستند.

اشعه x: دکتر عمومی این اشعه را برای نگاه کردن در استخوانهای شما به کار می‌برد و دندانپزشک برای نگاه کردن در دندانهایتان از اشعه x استفاده می کند- گازهای داغ موجود در دنیا نیز اشعه x می فرستند.

اشعه گاما: اجسام رادیویی فعال (بعضی از اجسام طبیعی ودیگر چیزهایی که توسط چیزهایی شبیه هسته کارخانجات قدرت ساخته می شوند) می توانند اشعه گاما بفرستند- ذره بزرگ شتاب دهنده را دانشمندان برای فهمیدن اینکه چه جسم ساخته شده ای می تواند اشعه گاما تولید کند، به کار می برند- اما بزرگترین مولدهای اشعه گاما همگی در دنیا وجود دارد- آن اشعه گاما را به طرق مختلف می سازد.

یک موج رادیویی، یک اشعه گاما، اشعه موج کوچک یا یک اشعه x نیست یا چه چیزی می باشد؟

امواج رادویی، امواج مرئی، اشعه x و دیگر اقسام طیفهای الکترومغناطیسی شبیه چیزی مانند اشعه الکترومغناطیس بنیادی هستند. ما ممکن است فکر کنیم که امواج رادیویی کاملاً متفاوت از اجسام فیزیکی یا حتی اشعه گاما ایجاد شده هستند. آنها به طرق مختلف ساخته می شوند و ما آنها را به طرق مختلف آشکار می کنیم. اما آیا آنها واقعاً چیزهای متفاوتی هستند؟ جواب این است «خیر»، امواج رادیویی. امواج مرئی و اشعه x و دیگر اقسام طیف الکترومغناطیسی بنیادی هستند. آنها همگی تشعشع الکترومغناطیسی هستند. تشعشع الکترومغناطیسی می تواند در اقسام مختلفی از فوتونهای جاری شروع شود، که ذرات حجم کوچک هر کدام در یک موج خاصی سفر می کنند که این سفر شبیه حرکت در سرعت نوری می باشد.

هر فوتون شامل یک مقدار معین (یا مجموعه ای) از انرژی می باشد و همه تشعشعات الکترومغناطیسی شامل این فوتونها هستند. تنها تفاوت بین اشعه های الکترومغناطیسی مقدار انرژی پیدا شده در فوتونهای آنها می‌باشد- امواج رادیویی دارای فوتونهای با انرژی کم هستند و امواج کوچک دارای کمترین مقدار انرژی در بین امواج الکترومغناطیسی هستند. اشعه مادون قرمز دارای انرژی بیشتری از امواج کوچک است و سپس امواج مرئی و اشعه ماورابنفش و اشعه x و در نهایت اشعه گاما دارای بیشترین انرژی می باشند.

طیف الکترومغناطیسی می تواند در انواع مختلف طول، موج، فرکانس و... بیان گردد. واقعاً طیف الکترومغناطیسی می تواند در انواع مختلف انرژی، فرکانس و یا طول موج شرح داده شود- هر راه قابل فکر درباره امواج الکترومغناطیسی به بقیه امواج در یک راه دقیق ریاضی نسبت داده می شود. بنا بر این چرا ما 3 راه شرح دادن داریم؟ و هر کدام نیز 1 مجموعه واحد فیزیکی متفاوت دارند؟

در آخر فرکانس به صورت سیکل بر ثانیه اندازه گیری می شود (که هرتز نامیده می‌شود) و طول موج برحسب متر و انرژی برحسب الکترون ولت سنجیده می شود. جواب این است که دانشمندان نمی خواهند ارقام بزرگ را بکار ببرند وقتی که به آنها دسترسی ندارند- گفتن یا نوشتن 2 کیلومتر یا 2km راحت‌تر از 2000 یا دو هزار متر است. عموماً دانشمندان واحدهایی که راحت‌تر هستند را برای هر آنچه که آنها با آن کار می کنند را بکار می برند- درعلوم نجوم رادیویی، منجمین گرایش به استفاده از فرکانس یا طول موج دارند. دلیل آن نیز این است که بیشتر اقسام رادیویی امواج الکترومغناطیسی در طیفی از cm1 تا km1 و HZ1 تا GHZ1 هستند. امواج رادیویی یک قسمت پهناوری از مجموعه طیف الکترومغناطیسی می باشد. منجمین اشعه مادون قرمز، همچنین طول موج را برای شرح قسمتهای مختلف طیف الکترومغناطیسی به کار می برند. آنها گرایش به استفاده از میکرون یا یک میلینیوم متر برای طول موج دارند بنابراین آنها می توانند رنج الکترومغناطیسی را محدوده ای از 1 تا 100 میکرون بگویند.

منجمین نوری طول موج را به خوبی استفاده می کنند. در عمل نسخه CGS استاندارد سیستم آنگستروم بود که به کار برده می شد. آنگستروم معادل 0000000001/0 (¹⁰ 10/1) متر می باشد. در جواب اگر نسخه SI استاندارد سیستم باشد ما فکر می کنیم نور مرئی در واحدهای نانومتر یا 000000001/0 (m^9-10) باشد. در این سیستم ها می دانیم که سرعت و همچنین نورهای سبز و زرد و نارنجی و آبی و قرمز طول موجی بین 400 تا 700 نانومتر دارند. این رنج فقط یک قسمت کوچک از تمام طیف الکترومغناطیسی می باشد.

همچنین شما می توانی بگویی روشنایی که می بینیم فقط یک قسمت کوچک از همه تشعشعات الکترومغناطیسی اطرافمان می باشد. زمانی که شما به فضای اشعه ماورابفنش یا اشعه x یا اشعه گاما از طیف الکترومغناطیسی دسترسی پیدا می کنی، طول کوچک می شوند که به نظر ما می آید که خیلی کوچک شده باشند.

بنابراین دانشمندان این فوتونها برحسب انرژیهایشان را، ترجیح می دهند که برحسب الکترون ولت سنجیده شوند- اشعه ماورابنفش در رنجی از کمتر از 1 الکترون ولت تا 100 الکترون ولت قرار دارد. فوتونهای انرژی در اشعه x در رنجی بین ² 10 الکترون ولت تا ⁵ 10 الکترون ولت می باشند. در آخر اشعه گاما دارای بیشترین انرژی فوتون می باشد که مقدار آن بیشتر از ⁵ 10 الکترون ولت می باشد.

چرا ما به فضا برای دیدن طیف الکترومغناطیسی می رویم؟

تشعشعات الکترومغناطیسی از فضا نمی توانند به سطح زمین برسند البته به جز امواج دارای طول موج کوتاه از قبیل طیف امواج مرئی و فرکانسهای رادیویی- منجمین به راحتی می توانند در بالای جو زمین به مشاهده اشعه مادون قرمز از نوک قله‌ها ما یا توسط تلسکوپهای قرار گرفته در داخل هواپیماها دسترسی پیدا کنند- آزمایشات همچنین می تواند در ارتفاعی به بلندی km35 توسط بالنهایی که می توانند برای ماههای متمادی فعال باشند، انجام پذیرد. راکتهای پرنده می توانند همه راههای بالای جو زمین را فقط برای چند دقیقه قبل از اینکه به زمین برسند در بر بگیرند. اما یک اصل اولیه خیلی مهم در ستاره شناسی و فیزیک نجومی فقط درباره آن لحظاتی می‌باشد که قابل مشاهده است. برای دوره مشاهده طولانی تا کنون بهترین آنها این است که دتکتور روی یک مسیر ماهواره ای باشد و همه چیزهای بالای آن را بگیرد.

تصویر عمودی مناطق مختلف طیف الکترومغناطیسی و دیگر استفاده های مشترکشان با طراحی در کاری برای دوره مکمل انجام می شود. دانشمندان فیزیولوژی در فضا توسط Barbar.F.Lujcan و Roland.J.White با یک اجازه آن را به کار بردند. تصویر اینکه دنیا یک سرویس از انرژی بالای علم فیزیک نجومی بایگانی شده است سخت است ولی دکتر نیکلاس وایت در مرکز تحقیقاتی علمی نجومی سازمان فضایی NASA راجع به علم فیزیک نجومی و علم ستاره شناسی به همراه دیگر دستیارانش تحقیقات گسترده ای را انجام می دهد.

تیم علمی:

رهبر پروژه: دکتر جیم لوکنر

کتابداری پروژه: جیردی بین

دفتر پاسخگویی ناسا: دکتر فیل نیومن

موضوع 2:

برای فهمیدن میدانهای الکتریکی و میدانهای الکترومغناطیسی شما نیاز دارید که بدانید چگونه بارها (بارهای مثبت و منفی) به همدیگر برای حرکت شکل می دهند. ماوس را در هر جای این متن کلیک کنید. شما یک الکترون خلق کرده اید. آن یک ذره با بار منفی است و مقدار بزرگی نیست. افسوس، اما فقط آن به سمت بار مثبت کشیده می شود و بلعیده می شود.

دلیل آن این است که بار مثبت به طور غیر محسوس به کار برده می شود، نیرویی که روی یک الکترون عمل می کند، نیروی الکتریکی نامیده می شود. سعی کنید الکترون را در جاهای مختلف قرار دهید. چه مدتی می توان آنرا تنها نگه داشت؟ اگر آنرا نزدیک به یک جعبه بگذارید پس آن در کمترین مدت جذب می شود. بله نیروی الکتریکی شبیه یک چشمه غیر مرئی است اما هر چقدر بارهای مثبت دورتر از هم حرکت کنند یک چشمه ضعیفتری آنها را به سمت هم می کشد.

حالا وقتی که شما الکترون را در مقدار کمی پرتاب می کنید ببینید چه اتفاقی می‌افتد. این کار را در جایی که نشسته اید مورد بررسی قرار دهید. برای انجام این کار کلیک ماوس را در جهتی دلخواه بکشید. خط، جهت پرتاب را نشان می دهد و طول، سرعت آن را نشان می دهد. اگر آن را فقط مستقیم پرتاب کنیم الکترون مداری دور پروتون می زند و هیچ وقت در هم شکسته نمی شود. شما فقط یک مدل بنیادی از یک اتم را ایجاد کرده اید. آیا وقتی که الکترون با یک سرعتی حرکت می کند این مفهوم را می رساند که نیروی الکتریکی متفاوت است؟

جواب این است خیر، قدرت یا کشش فقط بستگی به جایی دارد که گذاشته می‌شود نه به سرعت آن- اما حرکت یک الکترون به هر دوی نیرو و سرعت الکترون بستگی دارد که اغلب جهتهای متفاوت هستند. وقتی که شما 1 بار کلیک می کنید ببینید چه اتفاقی روی صفحه نمایش رخ می دهد و سپس یک الکترون در یک جهتی با سرعت متفاوت ، پایین گذاشته می شود.

موضوع 3

منبع راهنما یک ابزاری برای حل رازهای مادی است. چرا دانشمندان منبع راهنما را به کار می برند؟ اندازه آن به اندازه زمین فوتبال است. سعی کنید قواعد کوچک اتم و الکترونها را یاد بگیرید. چه چیزی به این مفهوم نزدیک می شود؟ ALS یک پژوهش آسان است که توسط دانشمندان برای موارد زیر به کار برده می شود:

1- تحقیق مشخصات اجسام 2- تحلیل نمونه هایی برای رسم عناصر 3- کاوش قوانین اتم و مولکولها 4- مطالعه نمونه های زیستی 5- تحقیق درباره واکنشهای شیمیایی 6- ساختن میکروسکوپهای ماشینی.

ALS اشعه x پایه با کیفیت مخصوصی تولید می کند. دانشمندان این اشعه های x را به عنوان ابزاری برای انجام کارشان فقط مانند دندانپزشکان که اشعه x را به عنوان ابزاری به کار می برند استفاده می کنند. بیشتر دانشمندان روی پروژه های مختلفی کار می کنند که می توانند ALS را در همان زمان به کار ببرند. برای مثال یک دانشمند ممکن است نمونه های تیره را برای مقادیر کوچک 1 پادزهر به کار ببرد، در حالیکه دیگری ممکن است اطلاعات مقدماتی از یک پلیمر برای فهمیدن اینکه چطور مولکولها چیده می شوند باشد. چرا ALS خیلی بزرگ است؟

برای تولید مرئی طول موج و روشنایی که دانشمندان می خواهند، طراحان ALS یک ماشین بزرگ طراحی می کنند- در حقیقت اشعه های x طول موج کوتاهی نسبت به امواج مرئی دارند اما هر دو مرئی هستند و اشعه الکترومغناطیسی نامیده می شوند ALS دارای یک انبار حلقه با قطری برابر 3/2 طول زمین فوتبال می باشد. انباره حلقه یک اتاق خلا لوله ای است که برای کارهای زیر ساخته شده است:

1- نگهداشتن بیم‌الکترونی که سرتاسر آن را باسرعتی معادل سرعت نور طی‌می‌کند.

2- نگهداشتن انرژی مرئی بیم الکترون.

به عنوان الکترونهای دایره ای حلقه، آنها نامرئی می شوند. حلقه باید خیلی بزرگ باشد تا بتواند بیم الکترون در 1.5-1.9 بیلیون الکترون ولت طول موج و روشنایی مطلوب ایجاد کند. برای اطلاعات بیشتر قطعات ALS را ببینید. در حقیقت روشنایی توسط ماشینهایی که شبیه ALS عمل می کنند بوجود می آید که دستگاه تقویت و تسریع ذرات باردار الکترونی نامیده می شود. در شکل دیاگرام طبقه ALS را می‌بینید. چرا روشنایی از ALS یک ابزار مناسب است؟ ALS روشنایی را در چشمه های فضای الکترومغناطیسی اشعه x نرم و اشعه ماورابنفش سخت تولید می کند. روشنایی (نور) طول موجی بین 0001/0 میکرومتر تا 1/0 میکرومتر دارد. چه جسمی در طول به یک میکرومتر نزدیک است؟ یک زیر دریایی، یک مورچه، قطر موی سر یک انسان یا یک ویروس، در اینجا بر بعضی از دلایل مبتنی بر خوبی ALS به عنوان ابزاری برای تحقیقات مادی اشاره می کنیم. 1- نور از ALS می تواند به اجسام نفوذ کند، همانطور که دندانپزشک شما اشعه x را برای دیدن داخل دندان شما به کار می برد. دانشمندان نور تولید شده توسط ALS را برای دیدن اجسام داخل یک جسم به کار می برند.

موضوع 4:

حالا که می دانیم چطور بارهای الکتریکی منفعل می شوند پس می توانیم یک بحث کلی را درباره میدانهای نیروی الکتریکی و خطوط نیرو انجام دهیم. قبلاً اقسام آن را شنیده ام اما مطمئن نسیتم بتوانم آن را بفهمم. به نظر می آید یک میدان نیرو در هر قسمتی از یک ستاره وجود دارد. آن شبیه دیوار غیر مرئی است که هر چیزی نمی‌تواند به آن نفوذ کند. آیا آن واقعاً یک نیروی میدانی است؟ نه به طور دقیق- در یک فیزیک یک نیروی میدان یک راهی برای تجسم اثر بارهای الکتریکی روی یکدیگر می باشد. به جای صحبت درباره نیروی یک بار مثبت روی الکترون ما می توانیم بگوییم بار یک نیروی میدانی در فضای خالی اطراف آن ایجاد می شود. هر یک از الکترونها در هر جای این نیروی میدانی به سمت بار مثبت کشیده می شود.

یک بار مثبت به سمت پایین کشیده می شود و در همانجایی که فشار می آید قرار می گیرد. امتحان پایین گذاشتن الکترونها یا ماوس راهی برای دیدن نقاط میدانی و نیرومندی آن می باشد. خطوط اشاره در جهتی که الکترون حرکت خواهد کرد می‌باشد و طول خطوط مقدار نیروی جریان در محل را نشان می دهد. شما می توانید ماوس را بکشی و یا می توانی کلید R روی صفحه کلید کامپیوترتان را برای نشاندن الکترونها فشار دهی- برای قرار دادن یک الکترون کلیک کنید و برای قرار دادن مقداری از آنها ماوس را بکشید. Delete را برای شروع فشار دهید، کلید R را برای جمع یک گروه تصادفی از الکترونها فشار دهید. کلید L را برای نشان دادن تمام نیروی میدان فشار دهید. بسیار خوب اما نمی فهمم که یک نیروی میدان چه چیزی است؟ (اگرچه آن یک بسطی برای فکر کردن یک نیروی میدان به عنوان 1 ویژگی فضای خالی می باشد) یک خط نیرو چیست؟ شما می توانی خطوط نیرو را با نگاه کردن در نیروهای ایجاد شده توسط میدانهای موجود در مکانهای متفاوت تجسم کنید. تجسم کنید خطوطی از الکترونهایی که در یک محل قرار داده اید را به بهم اتصال داده اید. ماوس را فشار دهید و سپس روی مانیتور شکل خطوط به هم وصل شده را خواهید دید. خطوط در این الگو به عنوان خطوط الگو شناخته می شوند. خطوط نیروی میدان از بار + خارج و به سمت بار - وارد می شوند. بنابراین 2 بار مثبت و منفی توسط خطوط میدان بهم وصل می شوند.

بررسی میدان های الکترومغناطیسیاشعه مادون قرمزاشعه ماورابنفش

اعتماد شما سرمایه ما

معرفی و دانلود فایل کامل توسعه کامل سازی باد از طریق پیش بینی انرژی باد

توسعه کامل سازی باد از طریق پیش بینی انرژی باد

همانطور که سطوح نفوذ باد از لحاظ جهانی افزایش می یابد، نیاز به پیش بینی صحیح تغییرات در تولید انرژی باد در انواع متفاوت پیش بینی افق های زمان برای پایداری شبکة نیرو و همچنین کارآیی تولید روز به روز مهم می شود پیش بینی های صحیح انرژی باد، از جمله اجزاء مهم و حیاتی برای بسیاری از چالش های عملیاتی و برنامه ریزی هستند که متغیر از پیگیری بار تا برنامه

دسته بندی	فنی و مهندسی
فرمت فایل	doc
حجم فایل	22 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل	50

دریافت فایل

فروشنده فایل

کد کاربری 8044

تمام فایل ها

توسعه کامل سازی باد از طریق پیش بینی انرژی باد

مقدمه

همانطور که سطوح نفوذ باد از لحاظ جهانی افزایش می یابد، نیاز به پیش بینی صحیح تغییرات در تولید انرژی باد- در انواع متفاوت پیش بینی افق های زمان- برای پایداری شبکة نیرو و همچنین کارآیی تولید روز به روز مهم می شود. پیش بینی های صحیح انرژی باد، از جمله اجزاء مهم و حیاتی برای بسیاری از چالش های عملیاتی و برنامه ریزی هستند که متغیر از پیگیری بار تا برنامه ریزی انتقال و اختصاص دادن سرمایه، تا بازاریابی سطح استراژی و برنامه ریزی عملیات است. وقتی برای تصمیم گیری بکار می رود، پیش بینی های صحیح انرژی باد، هزینه های فرعی خدمات را کاهش می دهند، قابلیت اعتبار شبکه از طریق برنامه ریزی مؤثرتر افزایش می یابد و اپراتورهای پروژه و شرکت های برق می توانند تصمیمات استراژی مهمی بگیرند که باعث افزایش کارآیی می گردد. پیش بینی هایی که تا سالها بعد امتداد می یابد ، به شناسایی صحیح تر مشخصات نسل بلند مدت کمک می کند و باعث فرمولاسیون های صحیح تر فاکتور ظرفیت و انتخاب پروژه های مؤثرتر می گردد. این مقاله طرح می کند که چگونه و چرا پیش بینی انرژی باد می پردازد. دومین بخش استراژی هایی را برای پیش بینی در افق های زمانی متفاوت طرح می کند. بخش3 نتایج حاصل از پیش بینی در موقعیت های متفاوت را در عرض ایالات متحده بررسی می کند. بخش آخر، خلاصه ای را فراهم کرده و مروری دارد بر آیندة پیش بینی.

سابقه

پایه های هواشناسی

همانطور که همه ما می دانیم، باد، سوختی برای انرژی باد است. مادامیکه دشواری بسیار زیاد ساده کردن باد، اساساً نتیجة اختلاف های در فشارها در فواصل افقی است، با این اختلاف، گرادیان فشار مطرح می شود. در ساده ترین سطح، حاصل عدم تعادل های گرمایی هستند و در اساسی ترین سطح، حرارت غیر یکنواخت زمین، باد را به حرکت در می آور. در مقیاس های دقیقه، ساعت و روزانه، تغییرات در شرایطهای جوی در توپوسفر- پائین ترین سطح جو – آب و هوا نامیده می شوند . از سوی دیگر، شرایط آب وهوایی یا آب و هوا بر اساس یک مقیاس زمانی فرق می کند: شرایط آب و هوا، الزاماً توده و تراکم آب و هوا روی یک قسمت طولانی زمانی است و بنابراین ایده ای دربارة مشخصات متوسط آب و هوا فراهم می کند ( در مورد خاص ما، باد است) آب و هوا در تعدادی از مقیاس های هوایی فرق می کند از مقیاس های روزمره گرفته تا سال به سال و دامنة این تغییرات از لحاظ جغرافیایی وابسته است.

پیش بینی افق های زمان

یک استراژی کامل و جامع پیش بینی باید به این نکته توجه داشته باشد که تاکتیک های متفاوت باید برای فلق پیش بینی هایی به کار روند که از ساعت ها گرفته تا ماهها در آینده امتداد می یابند. شکل1، پیش بینی افق های متفاوت زمانی را نشان می دهد، اینکه چه اطلاعاتی و یا تاکتیک هایی برای پیش بینی بکار رفتند و دلایل استراژیکی و یا عملیاتی متفاوت برای پیش بینی چه چیزهایی هستند. در کوتاهترین افق زمان پیش بینی- افق کاربردی برای زمینه های عملیاتی چون پیگیری بار و پایداری باد- صحیح ترین استراژی های پیش بینی به مشاهداتی چون ورودی بستگی دارند. اساساً اطلاعات حاصل از پروژة باد و در ناحیة پیرامون، پروژه باد به صورت ورودی ها در استراژی های پیش بینی آماری متفاوت بکار برده شده است. متودهای سازشی اغلب شبکه های خنثی را بکار می گیرند و اساساً برای خلق این پیش بینی ها، کاربردی می باشند. بعد از چند ساعت، متودهای پیش بینی که بر اساس مشاهدات هستند، بهترین پیش بینی را فراهم نمی کنند. بنابراین، ما به استفاده از مدل های پیش گویی آب وهوا در افق زمان پیش گویی قطعی می پردازیم که تا چند روز طول می کشد. کلمة پیش بینی قطعی برای شرح، پیش بینی رویدادهای آب وهوای خاص در پیش بینی یک سیستم آب وهوای وارده بکار میرود. موضوع های عملیاتی در این افق پیش بینی از برنامه ریزی انتقال تا اختصاص دادن سرمایة تولید متغیر است. این اطلاعات برای تجارت نیرو روز نیز مهم است البته اگر این بازارها وجود داشته باشند. در هر کجا از چند روز گرفته تا بیش از یک هفته، جو بی نظم می شود و پیش گویی های قطعی دیگر نمی توانند با هر گونه درجة مهارت صورت گیرند. در این مقیاس ها، ما باید به انواع متفاوتی از شرایطهای خارجی- یا نیروها- تکیه کنیم، شرایطهایی که می توانند الگوهای بلند مدت را تحت تاثیر قرار دهند.

این نیروها از زمینه های مطرح شده از زیر مثل تغییرات دماهای اقیانوس ناشی از نوسان جنوب El Nino ، تا زمینه های مطرح شده از بالا مثل تغییرات در دماهای استراتوسفری و تغییرات حاصله در الگوهای آب وهوا متغیرند.

متاسفانه، یا توانایی محدود شده ای برای پیش بینی این پدیده وجود دارد و یا بطور کلی این توانایی وجود ندارد و به این ترتیب به عدم اطمینان در پیش گویی بلند مدت اضافه می شود. در بلندترین افق های زمانی، که چندین دهه در آینده امتداد می یابد، تغییرات در اجزاء سازنده اتمسفر، مثل دی اکسید کربن و یا ازن می توانند پاسخ جوی را تحت تاثیر قرار دهند. موضوعات مهم در این افق زمانی به مشخصه های تولید بلند مدت پروژه توام می شوند. مشخه هایی مثل فاکتور ظرفیت پروژه.

همانطور که از شکل1 میتوان مشاهده کرد، درستی نسبی پیش بینی ها با افق پیش گویی کاهش می یابد، اما درجه ای از قابلیت پیش گویی در همة افق های پیش بینی وجود دارد.

افق های پیش گویی، نوع نیرو و موضوع های عملکردی برای پیش بینی انرژی باد.

متودها

پیش بینی های رنج کوتاه

پیش گویی های کوتاه مدت بر اساس هواشناسی مشاهده و تولید نیرو از پروژه است و در مورد هواشناسی بر اساس تولید نیروی حاصله از مکان های نزدیک پروژه باد است ( معمولاً در100 کیلومتری). این داده ها در زمان واقعی جمع آوری شده و بصورت ورودی در روتین های پیش گویی آماری متفاوت بکار می روند. پیش بینی های تولید انرژی باد طی چند ساعت بعدی، یا مستقیماً خلق می شوند و یا در برخی از موارد در یک فرایند دو مرحله ای خلق می شوند. در فرایند دو مرحله ای، پیش بینی ها برای باد، در ابتدا خلق شده و سپس از طریق کاربرد آلگوریتم های منحنی نیروی دینامیکی، پیش گویی های نیروی پروژه خلق می شوند. چون آلگوریتم های آماری خود فراگیر اغلب بکار می روند، از اینرو پیش گویی های کوتاه مدت، برتری دارند اینکه می توانند از تجربه آموخته شوند و پیش بینی ها با زمان. بهتر می شوند. همچنین استفاده از مشاهدات خارج از سایت قرار گرفته از لحاظ استراتژیکی می تواند درستی پیش بینی را از10 تا 50 % ورای آنچه که می تواند در غیاب مشاهدات خارج از سایت صورت بگیرد توسعه دهد.

شکل2- نمونة پیش گویی تولید انرژی باد چهارده روز – با مدت فواصل اطمینان برای پروژة بادMW 160 در ایالات متحده.

پیش گویی های رنج متوسط

پیش گویی عددی آب وهوا، پایه ای است برای تکنیک های پیش بینی رنج متوسط، مدل های کامپیوتری مقیاس فرو با تجزیه و تحلیل بالا و پیکربندی شده بطور صحیح، برای عمل کردن در صحت بالا برای پروژه های خاص باد بهینه شدند و بکار گرفته می شوند. استراتژی پیش گویی که برای رنجی از پیش بینی ها امکان پذیرند، می توانند پیش بینی مفیدتر و کاملتری را فراهم نمایند و همچنین اطلاعاتی را دربارة اطمینان از پیش بینی تهیه می کنند. در مورد استراتژی های پیش گویی رنج متوسط، مدل های پیش گویی عددی آب وهوا بر اساس شرایط فیزیکی، پیش گویی های برای باد خلق می کنند، بنابراین انتقال های دینامیکی نیروی نیروی انرژی باد باید بکار روند. چون مدل های آب وهوا، پیش گویی دربارة انواع متفاوت متغیرهای پیش آگهی فراهم می کنند، مثل جهت و دمای باد، از اینرو این اطلاعات می توانند در تنظیم آلگوریتم های انتقال نیروی دینامیکی بکار روند.

یک نمونه از پیش گویی چهار روز با ظرفیت وابسته در شکل2 نشان داده شده است.

پیش گویی های رنج بلند

پیش بینی هایی که از هفته های گرفته تا ماهها در آینده امتداد می یابند، رویدادهای خاص باد را پیش گویی نمی کنند بلکه می توانند اطلاعاتی در رابطه با مشخصات تولید انرژی عزیمت از حالت عادی ((DFN تهیه نمایند. علاوه بر شیب ضروری پیش گویی هایی آب و هوایی لازم برای این مرحله، فقرة دیگر مورد نیاز، یک آب وهوا شناسی بلند مدت از سایت است‌ ( تا شرایطهای “ عادی” معین شوند). چون ثبت های بلندمدت با طول کافی طبیعتاً قابل دسترس نیستند، از این رو یک ثبت ساختگی/ اصلاح شده ایجاد می شود. به همین دلیل، انرژی باد یک سالة بلند مدت در شکل2 نشان داده شده است.

توسعه کامل سازی باد از طریق پیش بینی انرژی بادپیش بینی افق های زمانپایه های هواشناسی

اعتماد شما سرمایه ما

معرفی و دانلود فایل کامل بررسی عایقهای الکتریکی

بررسی عایقهای الکتریکی

اصولاً قسمتهای عایق ماشینهای الکتریکی ، ترانسفورماتور ها ،خطوط هوایی و غیره به صورتی طراحی می شود که بتوانند به طور مداوم تحت ولتاژ معینی کارکرده و ضمناً قدرت تحمل ضربه های ولتاژ را در لحظات کوتاه داشته باشند

دسته بندی	فنی و مهندسی
فرمت فایل	doc
حجم فایل	37 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل	55

دریافت فایل

فروشنده فایل

کد کاربری 8044

تمام فایل ها

عایقهای الکتریکی

اصولاً قسمتهای عایق ماشینهای الکتریکی ، ترانسفورماتور ها ،خطوط هوایی و غیره به صورتی طراحی می شود که بتوانند به طور مداوم تحت ولتاژ معینی کارکرده و ضمناً قدرت تحمل ضربه های ولتاژ را در لحظات کوتاه داشته باشند .

هر نوع تغییرات ناگهانی و شدید در شرایط کاری شبکه، موجب ظهور جهشها یا پالسهای ولتاژ می شود . برای مثالمی توان اضافه ولتاژ های ناشی از قطع و یا وصل بارهای زیاد به طور یکجا ، جریانهای اتصال کوتاه ، تغییر ناگهانی مدار و غیره رانام برد .

رعد و برق نیز هنگامی که روی خطوط شبکه تخلیه شود ، باعث ایجاد پالسهای فشار قوی با دامنه زیاد و زمان کم می شود .

لذا عایق های موجوددر ماشینهای الکتریکی و تجهیزات فشار قوی باید از نظر استقامت در مقابل این نوع پالسها نیز طبقه بندی شده و مشخص شوند . عایقهای الکتریکی با گذشت زمان نیز در اثر آلودگی و جذب رطوبت فاسد شده و خاصیت خود را از دست می دهند .

در مهندسی برق سطوح مختلفی از مقاومت عایقی تعریف شده است که هر کدام بایستی در مقابل ولتاژ معینی استقامت نمایند . (ولتاژ دائمی و ولتاژ لحظه ای هر کدام به طور جداگانه مشخص می شوند )و البته طبیعی است که ازدیاد ولتاژ بیشتر از حد مجاز روی عایق باعث شکست آن می شود . در عمل دو نوع شکست برای عایق ها می توان باز شناخت ،حرارتی و الکتریکی .

زمانی که عایق تحت ولتاژ قرار دارد ، حرارت ناشی از تلفات دی الکتریکی می توان باعث شکست حرارتی شود . باید توجه نمود که افزایش درجه حرارت باعث کاهش مقاومت اهمی عایق و نتیجتاً افزایش تصاعدی درجه حرارت آن خواهد شد .

خلاصه اینکه عدم توازن بین حرارت ایجاد شده در عایق با انچه که به محیط اطراف دفع می نماید ، موجب افزایش درجه حرارت آن شده و این پروسه تا زمانیکه عایق کاملاً شکسته شده و به یک هادی الکتریسته در آید ، ادامه می باید .

شکست الکتریکی در عایق ها به دلیل تجزیه ذرات ان در اثر اعمال میدان الکتریکی نیز صورت می گیرد .

با توجه به آنچه گذشت ، عایقهای الکتریکی عموماً در معرض عواملی قرار دارند که باعث می شود در ولتاژ نامی نیز حالت نرمال خود را از دست بدهند . لذا در انتخاب عایقها ، عایق با کلاس بالاتر انتخاب می شود . اندازه گیریهای مختلفی که جهت شناسایی نواقص موجود در عایق ها انجام می گیرند عبارتند از :

اندازه گیری مقاومت D.C عایق یا جریان نشتی ان ، تلفات دی الکتریک ، ظرفیت خازنی عایق ، توزیع ولتاژ در عایق ، دشارژهای جزئی در عایق و میزان پارازیتهای حاصل از آن و تست استقامت الکتریکی عایق .

تعیین میزان و تلفات یک عایق ومقایسه آن با مقادیر اولیه ، معیار خوبی برای ارزیابی وضعیت آن می باشد . اصولاً افزایش تلفات در عایق های جامد ناشی از جذب رطوبت و در روغن ها به دلیل افزایش در صد آب یا آلودگیهای دیگر درآن می باشد .

باید دانست که مقدار تلفاتی که در مورد یک ترانس اندازه گیری می شود ، جمع تلفات روغن و ایزولاسیونجامد سیم پیچ بوده و هرگاه تلفات عایق یک ترانس از مقدار مجاز تجاوز نماید ، ابتدا باید روغن را به طور جداگانه مورد آزمایش قرار داد تا بتوان وضعیت ایزولاسیون سیم پیچی را ارزیابی نمود .

با توجه به انکه با تعیین مقدار تلفات به طور مطلق و بدون در نظر گرفتن ابعاد فیزیکی و جنس عایق نمی توان قضاوت صحیحی در مورد ان به عمل آورد ، بهترین پارامتری که می تواند وضعیت ایزولاسیون را مشخص نماید نسبت مولفه اکتیو به راکتیو جریان نشتی عایق می باشد . با اندازه گیری ظرفیت تلفات عایق می توان وضعیت ان را از نظر استقامت حرارتی ، میزان رطوبت جذب شده و عمر عایق ارزیابی نمود .

تجربه نشان داده است که در موارد زیر خطر اتصال کوتاه در ایزولاسیون تجهیزات الکتریکی که مستقیماً به فساد عایق مربوط باشد ، وجود ندارد :

الف : وقتیکه ایزولاسیون دارای ضریب تلفات عایق ثابتی است و با مروز زمان افزایش نمی یابد .

ب: وقتیکه ضریب تلفات عایق روغن بوشینگ دژنکتورهای روغنی که مستقیماً روی کلید اندازه گیری شده است ، بدون توجه به اندازه گیری قبلی در حد استاندارد باشد .

با اندازه گیری ظرفیت خازنی ایزولاسیون تجهیزات الکتریکی در دوفرکانس و یا دو درجه حرارت مختلف می توان اطلاعاتی مشابه با نتیجه تست تلفات دی الکتریک از وضعیت عایق بدست آورد .

وجه تمایز تست ظرفیت خازنی در دو فرکانس مختلف با دستگاههایی که جهت همین کار ساخته شده اند در این است که در هر درجه حرارتی قابل انجام بوده و احتیاجی به گرم کردن ترانس و یا تجهیزات دیگر نیست و به همین جهت پرسنل را از حمل و نقل دستگاهها و ادوات نسبتاً سنگین که برای گرمایش بکار می روند بی نیاز می سازد.

در این روش اساس کار بر این اصل مبتنی است که ظرفیت خازن با تغییر فرکانس تغییر می نماید . تجربه نشان داده است که در مورد ایزولاسیون سیم پیچ هایی که آب زیادی به خود جذب نموده اند نسبت بین ظرفیت خازنی در فرکانسهای 2 و 50 هرتز حدود دو بوده و در مورد ایزولاسیون خشک این نسبت حدود یک خواهد بود .

اندازه گیری فوق معمولاً بین سیم پیچ هر یک از فازها و بدنه در حالتیکه بقیه سیم پیچ ها نیز ارت شده اند انجام می گیرد . دقیقترین روش برای بررسی نتایج بدست امده در هر آزمایش مقایسه آن با مقادیر کارخانهای و یا تستای مشابه قبلی می باشد که البته در این عمل باید ارقام بر اساس یک درجه حرارت واحد اصلاح شد باشند . چنانچه مقایسه فوق به عللی تحقیق پذیر نباشد ، می توان به بعضی از اتسانداردهایی که در این زمینه موجود است مراجعه نمود . برای مثال پس از انجام تعمیرات ، میزان مقاومت D.C عایق نباید کاهش بیش از 40 در صد (برای ترانس 110 کیلو ولت به بالا 30 در صد ) ، نسبت ظرفیت خازن در فرکانس 2 هرتز به ظرفیت خازن در فرکانس 50 هرتز افزایش بیش از ده درصد و ضریب تلفات عایق افزایش بیش از 30 در صد نسبت به نتایج قبل از تعمیرات را نشان بدهند .

دردرجه حرارتهای 10 و 20 درجه سانتیگراد نسبت ظرفیت خازن در فرکانس 2 هرتز به ظرفیت خازن در فرکانس 50 هرتز باید به ترتیب مقادیری حدود 2/1 و 3/1 را داشته باشند.

اضافه گرمایش مجاز در هادیهای تجهیزات الکتریکی

روشن است که عبور جریان نامی به طور مداوئم در هادیهای الکتریکی موجب گر شدن آنها و ایزولاسیون مجاورشان می شوند . این پدیده عاملی است که محدودیت اساسی را برای باردهی تجهیزات الکتریکی بوجود می آورد .

بر اساس استاندارد های معتبر ، حداکثر درجه حرارت مجاز در انواع مواد عایقی بین 90 تا 180 درجه سانتیگراد معین شده است .

درمورادی که قسمتهای حامل جریان و یا قطعات فلزی بدون جریان تجهیزات ، در تمای با عایق ها نباشند ، اضافه دماهای زیادتری مجاز دانسته شده است . در مورد هر ماشین الکتریکی ، حد مجاز برای افزایش درجه محیط تعیین می شود که اصولاً به نوع مواد عایقی موجود در آن بستگی دارد ولی به خاطر پاراکترهای مختلفی که در این زمینه دخالت دارند درجه حرارت مجاز از طریق آزمایشهای ویژه ای که در شرایط بار نامی صورت می گیرد مشخص می شود .

در ماشینهای الکتریکی که با گازها خنک کی شوند ،جریان نامی بر اساس ماکزیمم حرارتی که گاز خنک کننده قادر به دفع آن است تعیین می شود و اصولاً بکارانداختن ماشین در شرایطی خارج از محدوده فوق به جز دو موارد استثنایی که می توان ان را برای مدت کوتاهی تحت اضافه بار قرار داد به هیچ وجه مجاز نمی باشد .

لازم به ذکر است که شرایط اضافه بار معمولاً در مدارک فنی ماشین ثبت شده است . درجه حرارت مجاز در مورد ترانسفورماتورها بر این اساس مشخص می شود که ایزولاسیون سیم پیچها باید 20 تا 25 سال عمر مفید داشته باشد ،بدین منظور درمناطقی که درجه حرارت محیط به 35 درجه سانتیگراد می رسد ، اضافه سیم پیچهای ترانس (اضافه بر دمای محیط ) نباید از 70 درجه سانتیگراد تجاوز نماید . (غالباً ترانس ها را برای کار در شرایط 35 درجه سانتیگراد حرارت می سازند .)

بنابراین ماکزیمم دمای مجاز سیمپیچ ترانس برای کار دائم دراین مناطق عبارت است از 105 درجه سانتیگراد .

در این شرایط می توان ترانس را به طور مداوم تحت بار نامی قرار داد ،بدون انکه کاهشی درعمرمفید آن بوجود آید .

لازم ه ذکر است که یک عایق وقتی تحت دمای مجاز کارکند، قادر به ارائه عمر مفید خود بوده و به همان نسبتی که در دمای افزون بر حد مجاز قرار گیرد (چه از نظر حرارت و چه از نظرزمان ) از عمر مفید آن کاسته خواهد شد .

با توجه به این مطلب و همچنین با توجه به اینکه عملاً درجع رحارت محیط هم در طول روز و هم در طول سال تغییر مینماید ، عمر ایزولاسیون و در نتیجه عمر مفید ترانس بستگی به درجه حرارت میانگین سالیانه محیط و نوع بهره برداری از ترانس خواهد داشت . در استاندارد های معتبر دمای ماکزیمم مجاز برای ترانسهای قدرت با توجه به تغییرات روزانه دما و ماینگین درجه حرارت سالیانه محیط تدوین شده است . به علاوه همین استانداردها ماکزیمم افزایش درجه حرارت مجاز برای لایه بالایی روغن در مخزن ترانس نسبت به دمای محیط را نیز 60 درجه سانتیگراد تعیین نموده است . بنابراین اگر دمای محیط 35 درجه سانتیگارد باشد ، ماکزیمم دمای مجاز روغن (که توسط ترمومتر در بالای ترانس اندازه گیری می شود ) عبارت است از 95 درجه سانتیگراد .

با این درجه حارت روغن و شرایط محیط عملاً سیم پیچ ها تا 105 درجه سانتیگراد گرم می شوند . البته 95 درجه سانتیگراد حرارت روغن مربوط به ترانس هایی است که با سیستم روغن تحت سیرکولاسیون (به کمک پمپ) وهوای تحت فشار (OFAF) خنک می شوند .

دمای هوای خنک کننده در مورد ماشینهای الکتریکی مستقیماً درمحلهای ورود و خروج هوا اندازه گیری می شود .

این ماشینها مجهز به ترمومترهای جیوه ای روی ماشین و یا دماسنجهایی ترمورزیستوری هستند که ترمورییستورهای مربوط در جلوی فن در دو طرف ماشین جا سازی می شود . در ماشینهایی که با گاز هیدورژن خنک می شوند درجه حارت گاز به عنوان یک قاعده مورد توافق در مهندسی برق توسط ترموریزستوری که در مسیر جریان هیدروژن سرد به داخل ماشین قرار دارد ، اندازه گیری می شود .

ماشینهای کوچکی که با فن سر خود خنک کی شوند نیز مجهز به ترمومتر هستند .

برای به حداقل رساندن تلفات حرارتی در یاتاقانها و پیشگیری از صدمه دیدن یا به اصطلاح یاتاقان زدن ،‌درجه حرارت روغن و پوسته یاتاقان ماشینهای الکتریکی باید مورد کنترلدقیق و مداوم قرار گیرد . یکی از مشخصات اصلی روغنی که در یاتاقانها بکار می رود چسبندگی آن است که به شدت با درجه حرارت تغییر می کند . لذا دمای این روغنها باید بین 40 تا 80 درجه سانتیگراد باشد . در مناطقی که میانگین درجه حرارت روزانه محیط کمتر از 35 درجه سانتیگراد است ، می توان میزان بار تجهیزات الکتریکی را تا 20 در صد افزایش داد ، ولی باید توجه داشت که به هر حال دمای قسمتهای مختلف آن از مقادیری که درجدول 2 مشخص شده است تجاوز ننماید .

البته در این موارد بایستی میزان اضافه بار مجاز در دستورالعمل های کتبی در اختیار اپراتور قرارگیرد . بر عکس در مناطقی نیز که درجه حرارت محیط از 35 درجه سانتیگراد بالاتر می رود ، باید بار نامی طبق دستورالعمل کارخانه سازنده کاهش داده شود .

ژنراتورهای سنکرون

تغییرات ولتاژ در ترمینالهای ژنراتور های سنکرون به میزان 5/0 +تثیری درقدرت نامی نخواه داشت ،ولی در صورتیکه همین تغییرات از 5 % تجاوز نماید جریان بار را نیز باید برای هر حالت خاص در مقداری که به کمک تست و یا محاسبه قابل حصول است معین نمود ، البته در هر حال نباید قدرت خروجی بیش از مقدار نامی شود .

افزایش بیش از 5% در ولتاژ ماشین موجب افزایش تلفات آهنی و نتیجتاً افزایش درجه حرارت خواهد شد که برای پیشگیری از آن باید بار خروجی را به میزان مناسب کاهش داد و نیز اگر ولتاژ نامی از ترمینالهای ژنراتور بیش از 5% کاهش یابد ، می توان با افزودن جریان بار (جریان استاتور)قدرت ظاهری ماشین را به مقدار نامی نزدیک نمود .

ولی به هر حال باید توجه داشت که اضافه جریان مجاز در استاتور فقط 5% و اضافه ولتاژ مجاز فقط 10% مقدار نامی باشد . ژنراتورها عموماً برای کار در ولتاژهای 15/3 ، 3/6 ، 5/10 ، 8/13 ، 75/15 ، 18 . 20 . 24 کیلو ولت و ضریب توان های 8/0 . 85/0 ، 9/0 و درجه حرارت مایع و یا گاز خنک کننده در 40 درجه سانتیگراد ساخته می شوند . (کندانسورها فقط با ولتاژهای 3/6 . 75/15 کیلو ولت طراحی می شوند ).

البته روشن است که ولتاژهای کم برای ماشینهای با ظرفیت کمتر و ولتاژهای بالا برای ماشینهای با ظرفیت بالاتر انتخابمی شوند .

برای ازولاسیون سیم پیچ استاتور ژنراتورها معمولاً عایق کلاس B به کار می رود که از جنس میکل بوده و روی ان با قیر معدنی و کاغذهای مخصوص باضریب هدایت بالا آغشته به گلسیرین فتالیت پوشانده می شود .

در عمل ابتدا سیم پیچ را تحت شرایط خلاء کاملاً خشک و گرم کرده و سپس عایق داغ را روی آن تزریق می نمایند . امروزه در ماشینهای مدرن و با ظرفیت بالا از ایزولاسیون مقاومتریکه عمدتاً از رزین (اپوکسی) تشکیل شده و در دمای 150 تا 160 درجه سانتیگراد کاملاً بهصورت منجمد باقی می ماند استفاده می کنند . برتری این نوع ایزولاسیون رد این است که در اضافه دمای شرایط کاری استحکام خود را از دست نمی دهد .

برای پیشگری از ایجاد پدیده کرونا درماشینهای با ولتاژ 10 کیلو ولت به بالا معمولاً روی عایق بین باسبارها و شیار استاتوررا با لایه ای از ماده نیمه هادی (فروس آسبست و غیره) می پوشانند . برای سیم پیچ روتور نیز غالباً از عایق کلاس B که با استفاده از عملیات حرارتی در محل فرم می گیرد استفاده می شود . برای این منظور ، ابتدا هادیها را با مکانیک سخت غلافی شکل می پوشانند و روی ان را با شارلاک و یا گلسیرین فتالیت مالیده و مجموعه رادر حالیکه تحت فشار قرار دارد به روش الکتریکی گرم می نمایند . بدین ترتیب ماده یکنواختی بوجود می آید .

کنترل درجه حرارت قسمتهای مختلف ژنراتورها از اهمیت ویژه ای برخوردار است . در این رابطه باید نکات زیر را مورد توجه قرار داد :

الف ) دمای سیم پیچ استاتور به کمک ترمورزیستوری که بین باسبارها در شیار و یا در سربندی کلافها قرار دارد ، اندازه گیری شده و دمای بدنه استاتور نیز توسط ترمورزیستور واقع در کف شیار کنترل می شود . دمای سیم پیچ روتور نیز به کمک تست مقاومت اهمی سیم پیچ مشخص می گردد .

ب ) درجه حرارت سیم پیچ استاتور و روتور نباید به ترتیب از مقادیر120و 130 درجه سانتیگراد تجاوز نماید و به تعبیر دیگر افزایش دمای مجاز برای قسمتهای فوق نسبت به دمای نرمال یک گاز خنک کننده (40 درجه سانتیگراد ) به ترتیب 80 و 90 درجه سانتیگراد می باشد . اگر در ایزولاسیون سیم پیچ استاتور ترکیباتی از قیر بکار رفته باشد ، ماکزیمم درجه حرارت مجاز به 105 درجه سانتیگراد کاهس می یابد .

سیستم تحریک ژنراتورها معمولاً به صورتی طراحی می شود که بتواند برای مدت کوتاهی ولتاژ خود را به 3/1 تا 5/3 برابر مقدار نامی افزایش دهد . این شرایط برای لحظاتی که شبکه تحت اتصال کوتاه قرار دارد مورد نیاز می باشد . علاوه براین سیسصتم تحریک باید مجهز به کنترل اتوماتیک باشد تا ولتاژ ترمینالهای ژنراتور را علی رغم تغییرات سطح ولتاژ ، میزان بار و ضریب توان درشبکه قدرت به طور اتوماتیک در مقادیر مورد نظرتثبیت نماید . امروزه کلیه ماشینهای سنکرون مدرن دارای سیستم ویژه ای جهت کنترل اتوماتیک تحریک می باشند .

این سیستم باید به طور مداوم وصل بوده و به هیچ وجه حتی در موقع قطع و یا زمان راه اندازی ماشین نیز نباید آن را از مدار خارج نمود و پرسنل بهره بردار برای انجام کارهای خود حق ایجاد هیچگونه تغییر و یا اختلالی در این سیستم را ندارد . در خلال اتصال کوتاههایی که در شبکه قدرترخ می دهد معمولاً افت ولتاژ شدیدی بروز می نماید . در چنین حالتی ژنراتورهاباید با افزایش سریع در نیروی الکتروموتوری خود ضمن تثبیت ولتاژ در ترمینالهای ژنراتور بار راکتیو مورد نیاز شبکه را تامین نموده ومانع پیدایش عدم تعادل در ان بشوند .

این عمل به طور اتوماتیک و توسط سیستمی موسوم به سیستم فورسینگ صوت می گیرد که ولتاژ اکسایتر را به طور آنی تا مقدار ماکزیمم خود افزایش می دهد . البته این اضافه بار برای ژنراتور و سیستم تحریک آن بیش از یک دقیقه قابل تحمل نبوده و پس از ان ماشین به طور اتوماتیک به وضعیت نرمال خود برگشت خواهد نمود .

راه اندازی مجدد موتورها پس از برگشت ولتاژ

در موارد زیادی ممکن است ولتاژ شبکه به طورموقت افت نموده و یا کاملاً قطع و مجدداً به حالت اولیه برگشتنماید . در چنین حالتی سرعت موتورهای الکتریکی نیز تناسب به حالت اولیه برگشت نماید . در چنین حالتی سرعت موتورهای الکتریکی نیز متناسب با افت ولتاژ کاهش خواهد یافت . اصولاً مدتی که از زمان قطع ولتاژ از روییک موتور تا ایستادن کامل آن به طول می انجامد ، به پریود استپ موتور شهرت داشته و در مورد مکانیزمهای مختلف ممکن است از چند ثانیه تا چند ده ثانیه طول بکشد . اگر مدت زمان کاهش ولتاژ و یا قطع موقت برق شبکه از تاخیر زمانی رله های حفاظت ولتاژ پایین باس کمتر باشد ، در این خلال مدار موتور قطع نشده و پس از برگشت ولتاژ به حالت اولیه پدیده ای که اصطلاحاً به راه اندازی مجدد موسوم است به وقوع می پیوندد . بدینترتیب هر چه فاصله زمانی کاهش ولتاژ کوتاهتر باشد به همان میزان نیز راه اندازی مجدد راحتتر صورت می گیرد . د رراه اندازی مجدد نیز جریان مصرفی سیستم چند برابر مقدار نامی می شود که در اینصورت اگر کلیه موتورهای منشعب از یک باس بخواهند همگی با هم از حالت قطع راه اندازی مجدد شوند، جریان مصرفی به اندازه مجموع جریانهای راه اندازی موتورها بوده و افت ولتاژ شدیدی را ایجاد می کندکه باعث تحریک رله های اضافه بار شده و عمل راه اندازی را غیرممکن می سازد. لذا اگر راه اندازی جمعی موتورها غیر قابل انجام باشد ،باید تدابیری اندیشید که ابتدا موتورهایی که نقش حیاتی دارند راه اندازی شوند و سپس بقیه مصرف کننده ها بکار بیفتند.

موتورهای اصلی واحد معمولاً به کمک حفاظت ولتاژ کم که عموماً در 30 در صد افت ولتاژ و یا تاخیر یک تا دو ثانیه عمل می کند از شبکه جدا می شوند.

زمان لازم برای عملکرد خود رله های حفاظتی نیز مجموعاً حدود 5/0 ثانیه است . بنابراین در تعویض با سبارها موقعی می توان از راه اندازی مجدد الکتروموتورهای اساسی واحد اطمینان حاصل نمود که مدت عمل تعویض از 5/2 ثانیه تجاوز ننماید .

به هر حال عدم استفاده از راه اندازی مجدد الکتروموتورها موجب بروزاختلالات پی در پی در پروسه تولید واحد می شود .

لازم به ذکر است که در مکانیزمهایی که با ممان اینرسی ثابت کار می کنند کاهش ولتاژ موتور تا 80 در صد و در مورد پمپها و فنها تا 65 در صد مقدار نامی نیز برای مدت محدودی اشکال اساسی در ادامه کار سیستم بوجود آورد .

بررسی عایقهای الکتریکیژنراتورهای سنکرونترانسفورماتور ها

اعتماد شما سرمایه ما

معرفی و دانلود فایل کامل بررسی مولدهای نوری

بررسی مولدهای نوری

هر اتم از یک باند ظرفیت و یک باند هدایت تشکیل شده است بعد از باند ظرفیت اتم، باند هدایت قرار گرفته است که در حالت عادی خالی است الکترونهای باند ظرفیت با گرفتن انرژی کافی به ممانه هدایت رفته یک جفت الکترون حفره ایجاد می‌کنند حال اگر الکترونها در معرض تغییرات انرژی کافی در اثر بایار مناسب قرار گیرند الکترونها دوباره از باند ممنوعه پرش کرده و به باند

دسته بندی	فنی و مهندسی
فرمت فایل	doc
حجم فایل	52 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل	41

دریافت فایل

فروشنده فایل

کد کاربری 8044

تمام فایل ها

1-1- مقدمه

هر اتم از یک باند ظرفیت و یک باند هدایت تشکیل شده است. بعد از باند ظرفیت اتم، باند هدایت قرار گرفته است که در حالت عادی خالی است. الکترونهای باند ظرفیت با گرفتن انرژی کافی به ممانه هدایت رفته یک جفت الکترون حفره ایجاد می‌کنند. حال اگر الکترونها در معرض تغییرات انرژی کافی در اثر بایار مناسب قرار گیرند. الکترونها دوباره از باند ممنوعه پرش کرده و به باند مجاور می رود و هنگام این پرش از باند ممنوعه مقداری انرژی از دست می دهند و این اتلاف انرژی همراه با تشعشع به همراه مقداری انرژی مشخص است. این مکانیزم مدارهای نوری مورد استفاده قرار می گیرد.

2-1- مولدهای نوری

دو نوع ابزار مولد نور مورد استفاده قرار می گیرند که LEDها و لیزرها هستند. LEDها و لیزرها دو تفاوت اساسی دارند.

1- LED یک ابزار نیمه هادی است که با استفاده از یک فرآیند تبدیل توان به شکل جریان ورودی و فوتون خروجی، نور ساطع می کند در حالیکه لیزر یک ابزار مولد تشدید در حفره است که ممکن است به عنوان واسطه فعال خود، از یک گاز، یک مایع یا یک جسم جامد استفاده کند و به عنوان محصول فرآ‌یند افزایش شار فوتونی نور ساطع نماید.

2- LED نوری با باند عریض ساطع می کند که در آن فوتونها مستقیماً وابسته به فاز نیستند در حالیکه لیزر یک نوع نوری با باند باریک ساطع می کند که در آن فوتونهای تابشی یا فوتونهای مولد همفازند و به همین جهت نور laser برخلاف LED می تواند در یک نقطه دور و بسیار کوچک متمرکز شود و در نتیجه در محل تمرکز نور چگالی توان بسیار بالایی داشته باشد.

در حال حاضر دیودهای نور گسیل نسبت به laser دارای اشکالات بیشتری است از جمله:

الف- قدرت نوی پایین تر

ب- پهنای باند مدولاسیون نسبتاً کوچکی دارند (کمتر از MHZ50)

ج- انحراف هارمونیکی دارند

با وجود اشکالات فوق دیودهای نور گسیل مزایایی دارند که کا ربرد آنها را در مخابرات نوری بسیار برجسته کرده است که عبارتند از:

الف- ساخت ساده تر در آن هیچ تراش منعکس کننده ای وجود ندارد و در بعضی از انواع ساختاری آن Striped Geometry وجود ندارد.

ب- هزینه کمتر بخاطر ساختار ساده تر

ج- وابستگی دمایی کمتر آن. مشخصات خروجی نور در مقابل جریان آن نسبت به مشخصات لیزر کمتر تحت تاثیر قرار می گیرد و مسائل مربوط به پایداری جریان آستانه و جبران حرارتی را ندارد.

د- خطی بودن. یک دیود نور گسیل دارای خروجی نوری خطی در قبال مشخصات جریان می باشد (برخلاف لیزر اتصالی) که این امر در مواردی که مدولاسیون آنالوگ مورد نظر است، سودمند است.

3-1- کارایی دیودهای نور گسیل

عدم وجود تقویت نوری از طریق نشر تحریک شده در دیود نور گسیل، سبب محدود شدن کارائی کمی درونی دیود (نسبت فوتونهای تولید شده به الکترونهای تزریق شده) می گردد. تکیه بر نشر خودبخودی، بدلیل وجود نقص ها و ناخالصی ها اجازه جا گرفتن ترکیبات مجدد غیر تابشی را درون ساختار می دهد و در نتیجه در بهترین حالت، کارایی داخل 50% را برای دستگاههای ساده ای با اتصال Homojvnetion را می دهد اگرچه کارایی کمی درونی می تواند بطور نسبی بالا باشد، ولی شکل نامبرده برای دیود نور گسیلی که از طریق یک سطح مسطح منتشر می شود ضرورتاً به صورت Lambertion می باشد چرا که تشعشع سطحی قدرت تابیده شده از یک فضای واحد به یک زاویه سه بعدی در تمام جهات ثابت می باشد. توزیع شدت Lambertion در شکل 1-1 نشان داده شده است. J₀ شدت ماکزیمم بر سطح مسطح عمودی می باشد ولی به طرفین کاهش می یابد (متناسب با کسینوس زاویه تصویر 5) این مساله بهره قدرت خروجی را به میزان چند درصد کاهش می دهد.

بهره قدرت خروجی ، به عنوان نسبت قدرت نوری منتشر شده خروجی P_e، به قدرت الکتریکی تامین شده برای دستگاه، P، می باشد که می توان آن را بصورت زیر نوشت:

شکل

همچنین قدرت نوری منتشر شده (P_e) به درون محیطی با مشخصه انکسار پایین، n، از سطح یک دیود نور گسیل مسطح ساخته شده از موادی با مشخصه انکسار n_x، تقریباً بصورت زیر داده می شود:

که در این رابطه P_int قدرت تولید شده داخلی و F فاکتور انتقال از سطح مشترک نیمه هادی- خروجی، می باشد. از این رو تخمین زدن درصد قدرت نوری منتشر شده، ممکن می باشد.

موقعی که خروجی نور به یک فیبر متصل می گردد، اتلاف بیشتری به وجود می‌آید. اگر برای فیبری با مشخصه پله ای فرض شود که تمام نور به انتهای فیبر، درون زاویه قابل قبول تزویج می شود، در محیط هوا معادله زیر برقرار می گردد. یعنی زاویه با مقدار N_A­ (روزنه عددی) برابر خواهد بود.

نور در زوایایی بزرگتر از تزویج نخواهد شد. برای یک منبع Lambertion شدت تابش در یک زاویه ، بصورت زیر داده که در شکل 1-1 نشان داده می شود (I₀ شدت تابش در راستای خط می باشد).

منبعی که از هسته فیبر کوچکتر باشد و در مجاورت و نزدیکی آن قرار گیرد، ضریب تزویج آن بصورت زیر برحسب مختصات استوانه ای داده می شود.

(4-1)

با جایگذاری رابطه در معادله 4-1 خواهیم داشت:

معادله فوق برای ضریب تزویج، اجازه تخمین زدن درصد قدرت نوری تزویج شده به فیبری با مشخصه پله ای نسبت به میزان قدرت نوری منتشر شده از دیود نور گسیل را می دهد.

4-1- قدرت نوری خروجی

قدرت خروجی نوری ایده ال در قبال مشخصه جریان برای یک دیود گسیل در شکل 10-1 نشان داده شده است در عمل دیودهای نور گسیل خصوصیات غیر خطی عمده ای را بسته به ساختار مورد استفاده، ارائه می دهند بنابراین استفاده از برخی تکنیکهای خطی کردن مدار ضروری می باشد این عمل برای اطمینان از عملکرد خطی دیود در سیستم انتقال آنالوگ می باشد. شکلهای (a,b11-1) خروجی نور را در ازاء جریانهای مختلف برای انتشار دهنده های مسطح و اریب به ترتیب نشان می دهد. نکته قابل توجه آن است که انتشار دهنده مسطح به طور قابل توجهی قدرت نوری بیشتری را نسبت به انتشار دهنده اریب، بدون هوا منتشر می سازد.

5-1- انواع دیودهای نور گسیل

ساختارهای متفاوتی برای دیودهای نور گسیل وجود دارد که کاربرد وسیعی در مخابرات نوری پیدا کرده اند از جمله دیودهای نور گسیل مسطح، اریب، گنبدی و Burrus.

1-5-1- دیود نور گسیل مسطح

این دیود ساختمان بسیار ساده ای دارد و بوسیله مراحل LPE، UPE بر روی یک سطح GaAS ساخته می شود و با این عمل یک لایه نوع P به درون لایه زیرین نوع n متصل می شود. جریان جلو رونده جاری شده از طریق محل اتصال، نشر خودبخودی Lambertion را نتیجه می دهد و نور از تمام سطوح دیود منتشر می گردد. اگرچه فقط بخش محدودی از نور می تواند از داخل ساختمان دیود (به دلیل انکسار داخلی کلی) خارج شود، بنابراین تشعشع بسیار پایین می باشد.

2-5-1- دیود گنبدی شکل

ساختار یک دیود نور گسیل گنبدی در زیر نشان داده شده است یک نیم کره نوع N، GaAS بدور یک ناحیه نوع P کشیده شده است قطر گنبد به گونه ای انتخاب می‌شود که میزان نشر داخلی ای را که به درون زاویه بحرانی سطح مشترک GaAS هوا می رسد، ماکزیمم می شود. از اینرو این نوع دیود نور گسیل دارای ضریب قدرت خروجی بیشتری نسبت به دیود نور گسیل مسطح می باشد. با این وجود هنسده ساختاری این دیود به گونه ای است که سطح گنبد بسیار بزرگتر از سطح ترکیب مجدد اکتیو می باشد که این امر فضای نشر موثر بزرگتری را ارائه می دهد و در نتیجه میزان تشعشع کاهش می یابد.

3-5-1- دیود نور گسیل منتشر کننده اریب

این دیود که در زیر نشان داده شده است نشر کننده اریب DH با ساختار هندسی راه راه می باشد که در مخابرات نوری برای تشعشع زیاد مورد استفاده قرار می گیرد. لایه های نگه دار شفاف به همراه یک لایه فعال فیلی نازک (50 تا 100 میکرومتر) به منظور پخش نمودن نور تولید شده در لایه های فعال، بدرون لایه های نگه دار شفاف و کاهش دادن خود جذبی در لایه های فعال، در ساختار دیود نور گسیل قرار داده شده اند.

4-5-1- دیود نور گسیل با امیتر سطحی

یک روش برای دسترسی به تشعشع بالا، محدود کردن تشعشع به یک ناحیه فعال کوچک درون دیود نور گسیل می باشد این تکنیک بوسیله Burrus و Dawson ابداع شده است. اساس کار استفاده از یک Etched Well در یک لایه زیرین GaAS به منظور جلوگیری از جذب شدید تشعشع منتشر شده در دیودهای نور گسیل با ساختار مشابه، و تطبیق فیزیکی به فیبر بود. این ساختار دارای امپدانس حرارتی پایینی در ناحیه فعال می باشد در نتیجه چگالی جریان بالایی دارد و نشر تشعشعی بالا را به فیبر نوری ارائه می دهد. ساختار یک امیتر سطحی با تابش بالا برای باند طول موجی در شکل 5-1 نشان داده شده است. جذب داخلی در این دیود نور گسیل در اثر لایه‌های محدود کننده Gardland بزرگتر، خیلی کمتر می باشد. قدرت تزویج شده به یک فیبر با مشخصه پله ای بصورت زیر تخمین زده می شود.

(6-1)

که r ضریب انکسار در سطح فیبر، A سطح مقطع کوچکتر فیبر (ناحیه نشر منبع) و R_D تشعشع منبع می باشد البته این قدرت تزویج شده به فاکتورهای زیاد دیگری مثل فاصله، تعادل و تساوی بین ناحیه نشر و فیبر، خصوصاً ناحیه نشر دیود و محیط بین نشر و فیبر وابسته است. به همین جهت امیترهای سطحی اغلب قدرت نوری بیشتری نسبت به میزان پیش بینی شده در معادله 6-1 را دارند.

چکیده

در مدار مورد نظر، ابتدا صورت به روش مدولاسیون فرکانس حول فرکا نس KHZ25، مدوله می شود و سپس بوسیله خط انتقال فیبر نوری ارسال می شود. در گیرنده نیز پس از آشکارسازی و بازسازی سیگنال فرستاده شده، با بهره گیری از سیستم حلقه قفل فاز، سیگنال صوت بازیابی و تقویت می شود. به علت محدودیت کار دیودهای فرستنده و گیرنده بازدهی کار در فرکانسهای بالاتر از KHZ25 کاهش می یابد.

فصل دوم

آشکارسازهای نوری

1-2- مقدمه

آشکار ساز نوری در یک سیستم به عنوان حساسترین قسمت مدار می باشد زیرا اگر دریافت سیگنال به درستی صورت نگیرد عملکرد مدار دچار اختلال می گردد و لذا این قسمت عملکرد تمام مدار را تحت شعاع ق رار می دهد. آشکارسازها باید فاکتورهایی را دارا باشند که کیفیت آنها را تضمین می کند.

الف- برای تولید دوباره شکل موج سیگنال دریافت شده، مخصوصاً در انتقال آنالوگ پاسخ آشکارساز نوری باید با توجه به سیگنال نوری در یک رنج نسبتاً وسیعی خطی باشد.

ب- زمان کوتاه پاسخ به منظور مشاهده پهناب باند مناسب. امروزه به سرعتهای تا چندین مگاهرتز دست یافته اند و در آینده فیبرهای تک مدی حتی در چندین گیگاهرتز عمل خواهند کرد.

ج- کمترین نویز: جریانهای نشتی و جریانهای پنهان می بایستی پایین باشند و مدارات و گین درونی باید نویز کمی داشته باشند.

د- پایداری مشخصات عملکردی. عملکرد نسبت به شرایط محیطی تا حد ممکن استقلال داشته باشد اگرچه در عمل مشخصاتی مانند نویز و گین درونی آنها با دما تغییر می کنند. برای اینکار باید از جبرانساز حرارتی استفاده کرد.

و- اندازه کوچک. اندازه فیزیکی آشکارساز برای تزویج موثر با فیبر کوچک باشد.

ی- پاسخ الکتریکی بزرگ نسبت به سیگنال دریافتی. آشکارساز باید یک سیگنال الکتریکی ماکزیمم را برای میزان قدرت نوری داده شده، تولید نماید.

هـ- ولتاژ بایاس کم و قابلیت اعتماد بالا. آشکارساز توانایی کارکرد پایدار مداوم در دمای اتاق را برای مدتهای طولانی داشته باشد.

2-2- آشکارسازهای نوری

انتشار نور در وسایل نیمه هادی بخصوص در دیودهای نیمه هادی بخوبی انجام می‌شود. این وسایل دارای پیوندهای نیمه هادی هستند که در آنها حاملهای بار آزاد (الکترونها و حفره ها) با جذب فوتونهای ورودی ایجاد می شوند. این مکانیزم گاهی اثر فوتوالکتریک داخلی نامیده می شود. سه وسیله معمول که از این پدیده استفاده می‌کنند عبارتند از: دیود نوری دارای پیوند pn، دیود نوری PIN و دیود نوری بهمنی. ویژگیهای مهم آشکارسازها عبارتند از: پاسخ دهی، پاسخ طیفی و زمان صعود.

پاسخ دهی برابر است با نسبت جریان خروجی آشکارساز به توان نوری ورودی که بصورت زیر بیان می شود:

واحد پاسخ دهی آمپر بر وات است.

پاسخ طیفی به منحنی پاسخ دهی آشکارساز به عنوان تابعی از طول موج اشاره می‌کند. به علت تغییرات سریع پاسخ دهی با طول موج، در دو ناحیه طیف نوری که تلفات تار کم است آشکارسازهای متفاوتی باید به کار گرفته شود.

زمان صعود عبارت است از زمان لازم برای جریان خروجی آشکارساز تا اینکه از 10% به 90% مقدار نهایی اش تغییر کند به شرطی که تغییرات توان نوری ورودی به شکل پله باشد.

3-2- ضریب جذب

جذب فوتونها در دیود فتوالکتریک به منظور تولید جفتهای حامل می باشد که نتیجه آن جریان فتونی ای است که به a₀، ضریب جذب نور در نیمه هادی مورد استفاده بستگی دارد.

در یک طول موج ویژه و با فرض اینکه فقط انتقال Bandgap وجود دارد، جریان فتوالکتریک تولید شده، I_p، بوسیله نور تابشی با قدرت نوری P₀، بوسیله رابطه زیر محاسبه می شود:

که e باریک الکترون، r ضریب انعکاس در سطح مشترک نیمه هادی- هوا و d پهنای ناحیه جذب می باشد. ضریب جذب مواد به شدت به طول موج وابسته می‌باشد. تفاوت بین منحنی های جذب مواد، از انرژی Bandgap متفاوت آنها نشات می‌گیرد که مقدار این انرژی در جدول (1-2) نشان داده شده است.

4-2- بهره کوانتمی

هر فوتونی که انرژی آن از تابع کار بیشتر باشد الزاماً یک الکترون آزاد نخواهد کرد. این مشخصه با بهره کوانتمی گسیلند، توصیف می شود که عبارت است از:

=	تعداد الکترونهای ساطع شده	=	re	(2-2)
	تعداد فوتونهای تابشی برخورد کرده		rp

این ضریب معمولاً کمتر از واحد می باشد. زیرا همه فوتونهای تابشی برای تولید جفتهای الکترون- حفره جذب نمی شوند. این ضریب تابعی از طول موج فوتون می‌باشد و بنابراین فقط برای یک طول موج ویژه بیان می شود.

5-2- پاسخ دهی

مفهوم بهره کوانتمی، انرژی فوتون را در بر نمی گیرد. برای مشخص کردن تاثیر انرژی فوتون، از پاسخ استفاده می شود. با توجه به معادلات (1-2) و (2-2) و معادله انرژی یک فوتون (E=hf) می توان سرعت فوتون تابشی r_p را برحسب قدرت نوری و انرژی فوتون به صورت زیر نوشت:

(3-2)

در ادامه داریم:

(4-2)

(5-2)

(6-2)

(7-2)

(8-2)

(9-2)

روابط فوق نشان می دهد که اولاً جریان آشکارساز متناسب با توان نوری است. ثانیاً اینکه پاسخ بطور مستقیم با بهره کوانتمی، در یک طول موج ویژه متناسب می‌باشد. شکل (2-2) پاسخ دهی برحسب طول موج را بر ای یک آشکارساز سیلیکونی با بهره کوانتمی واحد در دو حالت ایده ال و عملی نشان می دهد.

6-2- طول موج قطع

برای ساخت آشکارسازهای فتوالکتریک لازم است که انرژی فوتونهای تابشی بزرگتر یا مساوی با انرژی Bandgap ماده استفاده شده باشد. بنابراین انرژی فوتون عبارت خواهد بود از:

(10-2)

که به نتیجه زیر می انجامد:

(11-2)

بنابراین آستانه آشکارسازی عموماً به عنوان نقطه طول موج بلند قطع، ، بصورت زیر داده می شود:

(12-2)

عبارت فوق امکان محاسبه بلندترین طول موج را برای آشکارسازی فوتوالکتریک مواد نیمه هادی مختلف مورد استفاده در ساخت آشکارسازها می دهد.

بررسی مولدهای نوریکارایی دیودهای نور گسیلبهره کوانتمی

اعتماد شما سرمایه ما