大功率速调管收集极流固耦合换热数值模拟

发布时间：2019-11-14 07:20

【摘要】：目前对于液冷式速调管收集极的热分析均未考虑到冷却液流动状态对收集极整体的热分布及散热能力的影响。该文介绍了一种大功率速调管收集极散热过程中的流固耦合换热数值分析方法。以ANSYS Workbench中的CFX流体计算软件作为分析平台,对双层水套沟槽型收集极结构进行了适当简化,建立了3维参数化实体模型;仿真分析得到了冷却通道内部流体的3维流速分布、温升、压力分布及收集极体温度分布等结果,并与理论计算结果进行了对比,误差在合理范围内,对于速调管大功率微波测试和收集极的优化设计有较大的参考意义。
【图文】：

展，流固耦合数值模拟已经可以成功地借鉴到结构相对复杂的速调管收集极的热分析与热设计中。本文简要介绍了一种基于ANSYSWorkbench中的CFX仿真软件的收集极流固耦合换热数值模拟方法[9]及结论。2收集极换热模型的建立本文研究分析的沟槽型双层水套收集极用于某型号C波段大功率速调管，其典型工作参数为：电子注电压83kV，电子注电流47.6A，视频工作比1.6%，电子注平均功率可达约63kW。该速调管的聚焦方式为电磁聚焦，在直流状态下电子注通过率可达99.6%以上，即收集极将耗散电子注的几乎全部功率[10]。图1为沟槽型双层水套液冷式收集极的结构示意图。其结构主要由收集极头、收集极体、内层水套、外层水套、水套座及入水出水水嘴等组成，其中收集极体主要分为锥形部分和圆柱形部分。锥形部分为30个沟槽，圆柱形部分为60个沟槽，其中收集极在圆柱形部分的冷却通道横截面结构示意图如图2所示。冷却液通过入水水嘴进入收集极内部，，从内水套座顶部开口进入内层水套与收集极体之间的沟槽区域，再经内外层水套之间的冷却通道由出水水嘴流出。收集极体内壁上的热源总面积为39890.00mm2，单个沟槽的横截面为梯形结构，上下两边的长度分别为2.15mm和2.25mm，槽深度为2.00mm，因此其等效横截面积为4.40mm2，沟槽冷却通道的当量直径eqD=2.10mm；表1为收集极换热模型的主要几何尺寸。收集极3维模型的建立是在ANSYSWorkbench的DesignModeler模块中完成的。由于采用双层水套结构的收集极内部冷却通道结构相对复杂，因此采用直接导入现有速调管收集极3维CAD模型的方法，作为3维分析模型的固体域。在收集极入水口和出水口分别设置端面后，直接利用填充操作生成入水口与出水口之间的封闭流体域。对于双层水套的收集

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本文编号：2560710