这是 ANSYS 工程实战 第 31 篇文章
问题描述:
前一章是电子枪热分析的一种简化方式,这章是电子枪热分析的另一种简化方式,两种简化方式设置相同的辐射对及辐射率,比较两种简化模型阴极的热耗。
1. 枪仿真模型及前期设置
枪的简化模型区别:这章枪的模型比上一章枪的模型多了大枪壳,如图 1,实际工艺中枪预排也有多种形式,除了这章的整枪 模型和上一章的无大枪壳的小枪 模型,还有一种是无大枪和小枪的阴极组件模型,三种方式都可以进行预排,不同模型功耗差异及各部分温度分布有很大差异 。
图 1 枪有限元模型
内热屏和热丝等效方式相同,有限元模型如图 2 和图 3。
图 2 内热屏有限元模型 图 3 热丝有限元模型
网格设置:有限元各部件网格大小及设置方法与小枪网格设置相似,模型划分网格后如图 4。
图 4 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 5。
图 5 各种辐射对辐射系数及辐射组
温度载荷及环境温度:电子枪工作的环境温度为 25℃ ,电子枪功耗与前一章小枪热分析的功耗大小相同,并以热生成方式加到热丝上。
2. 仿真计算
仿真后,得到阴极的最高温度为 1102 ℃,发生在阴极筒内部热丝,阴极上最高温度为 1046.8 ℃,最低温度发生在热丝下端与镍管固定端,如图 6。
图 6 阴极温度分布
大,小枪两种模型的功耗相同,阴极的最高温度相差 40℃,阴极头温度相差4.5 ℃,实际工艺中,我们关心的是阴极表面的温度,说明两种模型在阴极功耗相同时,阴极表面温度相差不大,如图 7。
图 7 两种模型阴极温度比较
内热屏筒上最高温度为 1047.4 ℃,最低温度 341.75 ℃,温差 705.65 ℃,如图 8。
图 8 热屏筒温度分布
两种简化模型的内热屏的最高温度相差 4.4 ℃,最低温差 119.45℃,如图 9。
图 9 两种模型内热屏温度比较
外热屏筒上最高温度为 348.46 ℃,最低温度 279.79 ℃,温差 68.67 ℃,如图 10。
图 10 外热屏筒温度分布
两种简化模型的外热屏的最高温度相差 118.94 ℃,最低温差 128.38℃,如图 11。
图 11 两种模型外热屏温度比较
控制极支撑件上最高温度为 248.46℃,最低温度 199.04℃,温差 49.42℃,如图 12。
图 12 控制极支撑件温度分布
两种简化模型的控制极支撑件的最高温度相差 131.64 ℃,最低温差 164.72℃,如图 13。
图 13 两种模型控制极支撑件温度比较
仿真得到控制极上最高温度为 248.7℃,最低温度 248.37℃,温差 0.33℃,如图14。
图 14 控制电极温度分布
两种简化模型的控制极的最高温度相差 130.18℃,最低温差 130.25℃,如图 15。
图 15 两种模型控制极温度比较
仿真得到热屏支撑件的最高温度为 404.65 ℃,最低温度 258.02 ℃,温差 146.63 ℃,如图 16。
图 16 阴极支撑筒温度分布
两种简化模型的阴极支撑件的最高温度相差 108.29℃,最低温差 132.35℃,如图 17。
图 17 两种模型阴极支撑筒温度比较
仿真得到阳极的最高温度为 181.47 ℃,最低温度 181.44 ℃,温差 0.03 ℃,如图 18。
图 18 阳极温度分布
结论:
两种分析模型采用相同的辐射系数,网格划分方式,同样的功耗情况下阴极表面温度相近,但枪内其他金属件温度相差比较大,因此比较不同结构热耗情况,可以用小枪 模型即可。