高功率回旋管热仿真分析及优化设计

发布时间：2020-03-26 06:57

【摘要】：随着回旋管的频率升高,输出功率变高,对其稳定性、可靠性与寿命也提出了更高的要求。回旋管中的高频谐振腔的热特性是直接制约回旋管性能的重要因素。谐振腔在正常工作下会因为介质损耗产生欧姆损耗,欧姆损耗产生的热量过多,会造成谐振腔腔体发生形变,形变后的谐振腔会影响腔体的谐振频率,降低注波互作用的效率。Denisov辐射器是接收从高频结构发射出来的波束并进行处理,它的好坏直接决定了整个模式变换器的性能,需要进行良好的散热设计。对于回旋管的实际输出功率,需要设计水负载吸收微波,进而测量输出功率的值。本论文主要对回旋管的互作用谐振腔做了流体热分析和耦合热形变分析,对Denisov辐射器进行了热分析和优化设计,对水负载进行了设计仿真和实验测试。本论文的工作内容包括四个方面:1.简述回旋振荡管和传热学的相关理论及ANSYS软件研究了回旋管的各个组成部分及其工作原理。主要分析了散热性不足对谐振腔的影响。对传热学的基本传递方式和工作机理做了简单阐述,对流换热的基本理论简述和相关方程推导。对ANSYS Workbench软件热分析和热形变分析的仿真流程和各种边界条件、相变模型和湍流模型做了基本介绍。2.对回旋管高频谐振腔的热分析选择轴向槽作为谐振腔散热槽,利用ANSYS软件对竖槽型谐振腔进行热分析,得到良好的竖槽尺寸。通过ANSYS Workbench软件对谐振腔进行流体热分析,利用重新计算后的电导率求得非均匀分布的欧姆损耗密度分布,截取谐振腔一部分进行流体热分析。耦合结构力学模块进行热形变分析,通过腔体形变大小,得出谐振频率的变化和腔内电场的变化情况。3.对Denisov辐射器进行了热分析及优化设计对Denisov辐射器进行热分析。在辐射器切口处没有加散热槽的情况下,对辐射器外壁开槽,选择竖直槽和螺旋槽,对开槽个数和槽宽进行设计,得到良好的散热结构。在辐射器切口处加入散热槽进行优化设计,求得更加良好的散热结构。4.水负载的设计以及实验测试利用HFSS电磁仿真软件对水负载进行仿真优化,对倾斜角度和窗片厚度优化,设计符合要求的水负载。测试输入和输出的功率,验证水负载设计的优劣。
【图文】：

回旋管结构图

如图2-1~2-3。热传导指的是物体本身不存在位移，热量的传递依靠物体内部的分子、原子等微观粒子之间相互移动。热对流指的是流体在流动过程中，流体自身内部相互移动，流体中的冷热交替混合，实现了热量的传递。热对流与对流换热的原理完全不一样。热辐射指的是物体辐射出电磁波，另一个物体吸收辐射的能量，这种热量传递的过程称为热辐射。自然界存在的热能传递通常是三种方式的两种或者三种传递热能。以下是对热能传递方式的详细介绍。图 2-1 热传导示意图 图 2-2 热对流示意图 图 2-3 热辐射示意图（1）热传导在经过实验测试和理论研究后，用傅里叶定律可以得到热传导的基本定律，其数学表达式为：Q=-dtAdx （2-1）式中 是材料的热导率，热量传递给其他部分使得本部分温度降低，传递到另一部分的温度升高，，上式是稳态导热下的傅里叶定律的代数式。导热系数 决定了材料导热性能的好坏，是材料自身的物体属性，随着温度的变化而变化，单位是W / m K，其中金属 非金属固体 液体 气体 。（2）热对流流体在流动过程中，流体自身内部相互移动，流体中的冷热交替混合，伴随着热量的转移，对流换热中包含热传导和热对流两个传热过程，是同时发生的，流体经过物体被
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN12

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本文编号：2601123