<div>
	РАСЧЕТ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МНОГОКОМПОНЕНТНОЙ ГАЗОВОЙ СРЕДЫ ЩЕЛЕВОГО ЛАЗЕРА</div>

Горбунова Алена Юрьевна, Кораблев Владимир Антонович, Заричняк Юрий Петрович

doi:10.17586/2226-1494-2020-20-2-277-282

2020 , ТОМ 20, НОМЕР 2 ( март-апрель )

ISSN 2226-1494 (print), ISSN 2500-0373 (online)

Меню

Публикации

Главный редактор

НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор

Партнеры

doi: 10.17586/2226-1494-2020-20-2-277-282

УДК 536.2

РАСЧЕТ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МНОГОКОМПОНЕНТНОЙ ГАЗОВОЙ СРЕДЫ ЩЕЛЕВОГО ЛАЗЕРА

Горбунова А.Ю., Кораблев В.А., Заричняк Ю.П.

Читать статью полностью

Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования:

Горбунова А.Ю., Кораблев В.А., Заричняк Ю.П. Расчет теплофизических свойств многокомпонентной газовой среды щелевого лазера // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2020. Т. 20. № 2. С. 277–282. doi: 10.17586/2226-1494-2020-20-2-277-282

Аннотация

Предмет исследования. Предложена методика определения теплопроводности и вязкости газовой среды щелевого лазера, основанная на использовании известных свойств ее составляющих. Определение теплопро- водности необходимо для составления математической и тепловой моделей при разработке теплового режима. Особенностью предложенной методики является возможность получения эффективных значений характеристик с достаточной точностью для газов сложного состава, содержащих более двух компонентов. Метод. Методика расчета заключается в последовательном применении формул Линдсея–Бромли и Вилке для бинарного газа к компонентам смеси в зависимости от их мольной концентрации. Порядок выбора компонентов обусловлен наименьшим отклонением расчетных значений от справочных данных. Основные результаты. Верификация метода произведена сравнением расчетных и экспериментальных данных для смесей из трех составляющих. Установлено, что неопределенность значений вязкости не превышает 1,5 % при среднем значении отклонения менее 1 %. Среднее отклонение значений теплопроводности выше, но при этом неопределенность не превы- шает 5 %. Для наиболее часто применяемого состава смеси газов среды щелевого лазера, состоящей из CO₂, N₂, Xe и He, вычислены теплофизические свойства для случаев минимальной и максимальной концентрации возникающего в процессе эксплуатации монооксида углерода. Показаны поэтапное применение метода и зави- симость теплопроводности от температуры. В диапазоне рабочих температур наблюдается существенный рост теплопроводности (более чем в два раза). Так, в диапазоне комнатных температур (300 К) теплопроводность составляет 0,067 Вт/(м∙К), при 800 К достигает значений 0,14 Вт/(м∙К). Подобное различие создает существенную неравномерность температурного поля газовой среды и существенно влияет на стабильность работы лазера. Практическая значимость. Полученные результаты могут найти применение при разработке щелевых лазеров, а также устранить перепады мощности и стабилизировать работу уже эксплуатируемых лазеров путем регулирования концентраций компонентов газового состава.

Ключевые слова: теплопроводность, вязкость, многокомпонентная газовая смесь, щелевой лазер, метод определения теплопроводности

Список литературы

Бреттшнайдер К. Лазерная обработка металлов – ключ к успеху для контрактных производителей // Фотоника. 2009. № 2. С. 6–9.
Казакевич В.С., Яресько С.И.Тенденции развития рынка лазерных технологий для решения задач лазерной обработки материалов. Часть 1. Мировойлазерный рынок // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2014. Т. 16. № 4. С. 266–275.
Горбунов А.К., Жданов С.М., Пчелинцева Н.И. О возможности использования наночастиц меди для повышения долговечности отпаянного СО₂-лазера // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2012. № 2.С. 52.
Toptan A. A Novel Approach to Improve Transient Fuel Performance Modeling in Multi-Physics Calculations. North Carolina State University, 2019. 157 p.
Рид Р.К.,Праусниц Дж. М., Шервуд Т.К.Свойства газов и жидкостей: справочное пособие. Л.: Химия,1982. 592 c.
Wassiljewa A. Heat conduction in gas mixtures // Physikalische Zeitschrift. 1904. V. 5. N 22. P. 737–742.
Lilliestråle A., Mølnvik M. J., Tangen G., Jakobsen J.P., Munkejord S.T., Morin A., Størset S.O. The IMPACTS Project: The Impact of the Quality of CO2 on Transport and Storage Behaviour // Energy Procedia. 2014. V. 51. P. 402–410. doi: 10.1016/j.egypro.2014.07.047
Mason E.A., Saxena S.C. Approximate formula for the thermal conductivity of gas mixtures // Physics of Fluids. 1958. V. 1. N 5. P. 361–369. doi: 10.1063/1.1724352
Lindsay A.L., Bromley L.A. Thermal conductivity of gas mixtures // Industrial and Engineering Chemistry. 1950. V. 42. N 8. P. 1508–1511. doi: 10.1021/ie50488a017
Brokaw R.S. Estimating thermal conductivities for nonpolar gas mixtures // Industrial and Engineering Chemistry. 1955. V. 47. N 11. P. 2398–2400. doi: 10.1021/ie50551a056
Шашков А.Г., Абраменко Т.Н. Теплопроводность газовых смесей. М.: Энергия, 1970. 288 с.
SinghK., SoodN.K. Viscosity and thermal conductivity of gas mixtures // Indian Journal o fPure & Applied Physics. 2003. V. 41. N 2. P. 121–127.
Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М: Наука, 1972. 720 с.
Цирельман Н.М., Комаров А.В. Определение теплофизических свойств многокомпонентной газовой смеси // Вестник УГАТУ. 2017. Т. 21. № 1. С. 128–135.
Перфильев В.О.,Скрыль Ю.В.,Шушуев Д.А. Экспериментальная установка СО₂-лазера с щелевой геометрией //Известия АлтГУ. 2005. № 1. С. 134–135.
Веснов И.Г., Мольков С.И., Степанов В.А., Шишканов Е.Ф. Диссоциация двуокиси углерода в отпаянных волноводных СО₂-лазерах с высокочастотным возбуждением //Квантовая электроника. 2000.Т. 30. № 1. С. 15–19.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License