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ANSYS Workbench 瞬态热分析案例

1年前浏览1607

这是 ANSYS 工程实战 第 39 篇文章


问题描述:


这章主要介绍电子枪通电加热到 1050℃ 需要时间;断电整个过程电子枪各部件温度与时间的关系;阴极温度降为 200℃ 左右需要时间。


1. 电子枪仿真模型及前期设置


枪的简化模型:这章枪的模型与文章 31 的模型相同,如图 1,模型主要包括控制极、控制极支撑件、外热屏、阴极支撑筒定位件、镍管、内热屏、阴极饼、钼筒、热丝及大枪壳等等 。



图 1  枪有限元模型


网格设置:有限元各部件网格大小及设置方法与文章 31 设置相似,模型划分网格后如图 2。



 图 2 枪有限元模型


part 和接触设置:我们先假设电子枪各部分是充分焊接的,所有体设置一个 part,不设置接触热阻。


辐射系数及设置:电子枪中封闭的空间进行面面辐射设置,裸 露的部分进行面环境辐射设置,各种零件在不同分析模型中辐射系数相同,具体辐射对设置如图 3



图 3  各种辐射对辐射系数及辐射组


时间步设置:瞬态时间步的总步数 (NumberOfSteps) 为 20 步,每步设置自动时间步,最小子步(MinimumSubsteps)为 1,最大子步(MaximumSubsteps)设置为 5,时间步设置参数及方法,如图 4


图 4  瞬态时间步设置


温度载荷及环境温度:电子枪工作的环境温度为 25℃ ,电子枪功耗以热生成方式加到热丝上,前 6400S 灯丝处于加电状态,之后灯丝断电,整个部件开始降温,如图 5。


图 5  不同时间点温度载荷


2. 仿真计算


仿真后,整个升降温过程中,阴极表面最高温度阴极最高温度内热屏最高温度外热屏最高温度控制极最高温度阳极最高温度等随时间变化如图 6。


图 6  不同时间点各部件温度情况


加电6400S 时,阴极和枪上最高温度已经达到稳定,阴极表面最高温度达到1046.4℃,阴极最高温度为 1101.3℃,如图 7。


图 7  阴极温度分布


加电 6400S 时,内热屏筒上最高温度为 1047 ℃,最低温度 339.84 ℃,如图 8。


图 8 热屏筒温度分布


加电 6400S 时,外热屏筒上最高温度为 346.18 ℃,最低温度 277.85 ℃,如图 9。


图 9  外热屏筒温度分布


加电 6400S 时,控制极支撑件上最高温度为 246.44℃,最低温度 197.14℃,如图 10。


图 10  控制极支撑件温度分布


加电 6400S 时,控制极上最高温度为 246.68℃,最低温度 246.36℃,如图 11。

图 11  控制电极温度分布


加电 6400S 时,热屏支撑件的最高温度为 402.89 ℃,最低温度 256.1 ℃,如图 12。


图 12  阴极支撑筒温度分布


加电 6400S 时,阳极的最高温度为 179.51 ℃,最低温度 179.49 ℃,如图 13。


图 13  阳极温度分布


断电 169 S,即 6569 S 时,阴极表面最高温度降为 200.51℃,阴极最高温度降为200.52℃,如图 14。


图 14  阴极温度分布


断电 169 S,即 6569 S 时,内热屏筒上最高温度降为 200.5 ℃,最低温度 193.13 ℃,如图 15。


图 15 热屏筒温度分布


断电 169 S,即 6569 S 时,外热屏筒上最高温度降为 198.84 ℃,最低温度 192.65 ℃,如图 16。


图 16  外热屏筒温度分布


断电 169 S,即 6569 S 时,控制极支撑件上最高温度降为 194.27 ℃,最低温度 179.91 ℃,如图 17。


图 17  控制极支撑件温度分布


断电 169 S,即 6569 S 时,控制极上最高温度降为 194.28℃,最低温度 194.23℃,如图 18。

图 18  控制电极温度分布


断电 169 S,即 6569 S 时,热屏支撑件的最高温度降为 193.53 ℃,最低温度 191.84 ℃,如图 19。


图 19  阴极支撑筒温度分布


断电 169 S,即 6569 S 时,阳极的最高温度降为 173.62 ℃,最低温度 173.57 ℃,如图 20。


图 20  阳极温度分布


结论:


阴极温度降为 200 后,随着时间的增加,阴极降温速度减慢,而且各部件温差会越来越小,实际计算时间和实际测量时间还会有一些差异,还需多次比对,进一步优化仿真。

来源:ANSYS及ANSYS Workbench工程实战
Workbench电子焊接控制ANSYS
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首次发布时间:2023-08-31
最近编辑:1年前
gao1984001
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