相对论速调管收集极的散热技术研究

发布时间：2017-06-20 13:07

  本文关键词：相对论速调管收集极的散热技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着强流相对论速调管不断向高功率发展,工程中对器件散热性能的需求也越来越强烈。与之相对,目前高功率微波器件效率普遍较低,强流电子束在与高频电磁场相互作用后仍然具有较高的动能[1],用于收集电子束流的速调管收集极将沉积大量热能,其散热性能的提高成为必然的需求。因此,需要对收集极的冷却系统进行比较精确的热分析和优化。本论文针对一种相对论速调管收集极,首先采用理论分析的方式,估算了器件工作于稳态时的热分布;其次以计算机模拟仿真,分别用稳态和瞬态方法计算了在不同散热方式条件下收集极散热性能的差异;最后,给出了收集极冷却系统的优化设计方案,并通过对比不同方案的散热效果,分析了新结构的散热优势。本文主要工作包括:1.利用计算流体力学和传热学经典理论分析了收集极中的热环境,初步估算了收集极稳态工作时的内部最高温度。2.使用稳态热分析方法,计算了一种通水冷却收集极的内部温度分布,分析了不同水流速度对收集极温度的影响。3.使用瞬态热分析的方法,针对一种速调管收集极,先计算了水流管道内流体流动状况,然后计算了重复频率工作过程中,收集极各部分温度历史曲线及温度分布,分析了冷却系统工作时的温升情况。4.针对高功率速调管收集极最常用的两种散热方式,即自然散热以及水冷散热,通过对比工作周期内收集极内部温升情况,分析了两种散热方式性能的差别,验证了水冷方式的散热效果。5.对收集极冷却系统提出了两种优化设计方案,计算了水流管道内流速场、收集极内部温度分布以及水温变化情况,分析了优化后收集极散热性能的变化。通过对收集极冷却系统的热分析以及优化设计,为高功率速调管收集极的设计提供了一定的参考。
【关键词】：相对论速调管放大器 重复频率 收集极 瞬态热分析 ANSYS
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN122
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 相对论速调管发展概述10-12
• 1.2 课题研究意义12
• 1.3 收集极热分析研究现状12-14
• 1.4 论文的主要内容及创新点14-16
• 1.4.1 论文的主要内容14-15
• 1.4.2 论文的主要创新点15-16
• 第二章 热分析基础理论16-26
• 2.1 热分析经典理论16-22
• 2.1.1 热能传递的三种基本方式16-18
• 2.1.2 传热过程与传热系数18-20
• 2.1.3 导热微分方程20-21
• 2.1.4 定解条件21-22
• 2.2 有限体积法22-23
• 2.3 FLUENT简介23-26
• 第三章 速调管收集极稳态热分析26-38
• 3.1 相对论速调管收集极的热机理26-27
• 3.2 散热计算的经验公式27-29
• 3.3 收集极管壁温度估算29-30
• 3.4 收集极稳态热分析30-37
• 3.4.1 收集极内热传递机制分析31
• 3.4.2 收集极的结构与材料选择31
• 3.4.3 三维模型与网格划分31-32
• 3.4.4 湍流模型与水流边界条件32-34
• 3.4.5 模拟计算与分析34-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第四章 速调管收集极瞬态热分析38-45
• 4.1 自然散热冷却的收集极热分析38-41
• 4.1.1 分析类型的确定38
• 4.1.2 热载荷与边界条件38-39
• 4.1.3 模拟计算分析39-41
• 4.2 通水冷却的收集极热分析41-43
• 4.2.1 热载荷与边界条件41
• 4.2.2 模拟计算分析41-43
• 4.3 不同散热方式的计算结果比较43-44
• 4.4 本章小结44-45
• 第五章 收集极冷却系统的优化热分析45-54
• 5.1 收集极管道水流场分析45-46
• 5.2 翅片结构水冷系统的热分析46-48
• 5.3 截断结构水冷系统的热分析48-51
• 5.4 冷却系统的比较分析51-53
• 5.5 本章小结53-54
• 第六章 全文总结及后续工作展望54-56
• 6.1 全文总结54-55
• 6.2 后续工作展望55-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-60

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