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摘 要

热电子发射现象最早在1883年由爱迪生发现。当固体被加热时，原子中的电子吸收能量，当电子吸收的能量达某一定值时，电子就可脱离原子的束缚而逸出固体表面。当存在可接收逸出电子的阳极时，即可构成回路。热电子发射产生电流需要一定的条件，在温度较低时，电流难以被检测到，因而要求热电子发射能量转换器的加热系统能够稳定提升阴极温度。

本文简述了热电子发射所需的真空条件以及建立真空系统的基础要求。重点研究热电子发射能量转换器的加热系统，从传热角度分析热电子发射能量转换器温度特性，分析对流换热、辐射换热等对热电子发射能量转换器输出特性的影响。在四种实验条件下对本实验所用加热装置进行温度特性分析并记录对整体实验装置的影响。

关键词：热电子发射; 真空系统; 传热; 真空传热

ABSTRACT

The phenomenon of thermal electron emission was first discovered by Edison in 1883. When the solid is heated, the electrons in the atom absorb energy. When the energy absorbed by the electron reaches a certain value, the electron can escape from the bond of the atom and escape the solid surface. When there is an anode that can receive electrons, a loop can be formed. The heat electron emission requires a certain condition, and when the temperature is low, the current is difficult to be detected, and thus the heating system of the thermal electron emission energy converter is required to stably raise the cathode temperature.

This paper outlines the vacuum conditions required for thermal electron emission and the basic requirements for establishing a vacuum system. The heating system of the thermal electron emission energy converter is mainly studied. The temperature characteristics of the thermal electron emission energy converter are analyzed from the heat transfer angle, and the effects of convective heat transfer and radiation heat transfer on the output characteristics of the thermal electron emission energy converter are analyzed. The temperature characteristics of the heating device used in this experiment were analyzed under four experimental conditions and the influence on the overall experimental device was recorded.

Key words: thermal electron emission; vacuum system; heat transfer; vacuum heat transfer

目录

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 热电转化研究综述 3

1.2.1 热电子的发现与初步发展 3

1.2.2 热电子发射原理 4

1.2.3 真空环境技术要求 4

1.2.4 热电子发射材料应用介绍 7

1.3 本文主要研究内容与章节概述 11

1.3.1 主要研究内容 11

1.3.2 章节概述 11

第二章 实验装置与方法 12

2.1 实验装置： 12

2.1.1 真空系统概述 12

2.1.2 抽真空系统介绍 13

2.1.3实验管段设计： 15

第三章 实验段传热计算 17

3.1 单片陶瓷加热片传热计算 17

3.2 实验段内部结构大气环境传热计算 18

第四章 实验数据记录及分析 19

4.1陶瓷加热片传热性质 19

4.2 实验段内部结构传热性质 20

第五章 总结与展望 25

致谢 26

参考文献 27

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

进入 21 世纪，人类面临环境可持续发展和经济发展的双重挑战。要落实经济社会的可持续发展，必须有强大的能源利用技术做支持，能源是人类赖以生存和生产的重要物质基础，是维持经济与社会持续发展的基本保障。人类对于能源的需求逐渐增长，相反，传统能源例如煤、石油、天然气等的储备量却在不断下降。据统计，按照当前的能源消耗速率，地球上的不可再生能源储备都将迅速枯竭：煤仅够使用200年，天然气仅够用60年，石油只够用40年，全世界的石油产量会很快抵达峰值，之后迅速开始下滑^[1]。

在我国，重要的挑战摆在政府和电力行业面前。中国在过去的一段时间里已经逐渐进入了经济快速增长，能源消耗极速增加的重要阶段。由于中国人口众多，所以虽然人均能源消耗低于发达国家，但总能耗偏高。不仅如此，负荷中心在地理上远离能源、矿物燃料和可再生能源等资源中心，同样为政府当局和整个电力领域带来了严峻挑战。此外，中国为对抗全球气候变化，必须在追求经济增长的同时实现碳减排目标，并确保13亿人的能源安全^[3]。

中国是能源生产和消费的大国。2007~2012年内，中国一次能源生产总量居世界第一。我国经济发展迅速的同时，也产生了两个日趋严重的问题：能源利用效率低，环境污染严重。与世界平均水平相比，我国单位GDP能源消耗高出了2.2倍左右，与美国、欧盟、日本和印度相比则分别高出2.4倍、4.6倍、8倍和0.3倍^[2]。多年来我国一直以发展经济为首要目标，各种产业都有了蓬勃的发展，而其中占比较重的产业都属于高能耗产业，但在一些方面受技术水平的局限，所以导致我国的能源利用效率远低于发达国家平均水平。

对于世界各国来说，中国不仅是能源生产大国，同时也是能源消费大国。从以往对传统能源如煤、石油、天然气等的开发到如今对太阳能、风能等新能源的利用，不仅促进了我国经济的发展，也为动力机械技术的研究及环境的改善提供了强大的基础。

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