1 汞光譜（pǔ）燈散熱結構（gòu）設計和熱分析

1.1 散熱鋁合金（jīn）燈罩設計

汞光譜（pǔ）燈具體結構如圖1所示，其由燈泡、線（xiàn）圈、汞（gǒng）燈冷端、鋁（lǚ）合金（jīn）散熱（rè）燈罩組成。汞燈泡發出的熱量通過熱傳（chuán）導從鋁合金（jīn）燈罩內壁傳到外壁，為了減小接觸熱阻（zǔ），燈體和鋁合金散熱罩之間用延展性好、熱阻小的薄（báo）層銦（yīn）填滿，從而可以將汞（gǒng）燈泡體產生的熱（rè）量迅速導出。汞燈尾（wěi）部（bù）設置成冷端，冷端埋於漏鬥狀（zhuàng）的鋁合金燈罩（zhào）中，形成足夠的飽和蒸氣壓後（hòu），冷端（duān）能使多餘（yú）的汞金（jīn）屬凝（níng）結在冷端泡壁上，有利於燈的穩定[3]。鋁合金燈罩外壁的熱量通過空氣對流傳熱到周（zhōu）圍空氣。最終目標使汞光譜（pǔ）燈溫度（dù）控製在65℃附近。

1.2 熱（rè）傳導（dǎo）理論分析

熱傳遞是從溫度高的物體傳向溫度低的物體，或者是從物體的高溫部分傳向低溫部分的過程。熱傳（chuán）遞途（tú）徑主要有三種，即熱（rè）傳（chuán）導、熱輻射（shè）、熱對流[4]。汞燈散（sàn）熱的主要方（fāng）式為熱傳導和熱對流。固體中金屬是最好（hǎo）的導熱體，汞譜燈發出的（de）熱量經由銦薄層全部散到鋁合金散熱燈罩中。

鋁合金導熱係數[λ=240W/（m·K）]，鋁合金燈罩為圓柱體，內徑[r1]=5 mm，外徑[r2]=5.5 mm，長度[l]=0.013 m，圓筒壁熱傳導傳熱麵積[Α=2πrl]，其內（nèi）外表麵溫度分別維持均勻恒定的溫度[t1]和[t1]，如果采用圓柱坐標係，該問題就（jiù）成為沿半徑方向的（de）一維導熱（rè）問題。

鋁合金導熱係（xì）數[λ1]=200 W/（m·K），銦導熱係數[λ2]=90 W/（m·K），相應的邊（biān）界條件為：[r1]=5 mm，[r2]=5.5 mm，[r3]=20 mm，[t1]=65 ℃，[t2]=30 ℃。根據燈罩尺寸和試驗參數，求出[Φ]=380 W，汞光譜燈供電電源電壓為22.7 V，電流（liú）為0.37 A，直流功（gōng）耗為8.4 W，由於（yú）燈泡（pào）前半段繞射頻線圈，所以金屬罩有效散熱部分（fèn）集（jí）中在燈泡後半段，假設功耗為2 W。傳熱理論（lùn）計算的（de）結果顯示，該燈罩的散熱（rè）能力遠遠超過2 W的功耗，即（jí）燈罩體（tǐ）積過大，根據熱（rè）傳導理論，金（jīn）屬散（sàn）熱罩的厚（hòu）度並非越大（dà）越好，後續應確定合理的壁厚，使其熱（rè）阻更小，散熱能力增強。汞光譜燈不加散熱燈罩，在沒有散熱措（cuò）施時，汞光譜燈溫度（dù）測（cè）量結（jié）果如表1所示。

從表1可以看出，燈泡工作（zuò）後，由於射頻線（xiàn）圈的加熱作用，如果（guǒ）沒有任何散熱通道，則燈體（tǐ）的溫度隨著時間（jiān）持續增長，處於過熱狀（zhuàng）態。而配備鋁合金燈罩後，燈泡在（zài）同樣的工作條件下（22.7 V，0.37 A）下，工作持續20 min後，整（zhěng）個係統處於熱平衡狀態，測量燈泡溫度為[7]0 ℃左右（yòu），試驗表明（míng），加散熱（rè）燈罩能夠明顯提（tí）高汞光譜（pǔ）燈的散熱性能，使汞光譜燈溫度降到工作點溫度（dù）附近。

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