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电子枪面面辐射热分析(两种简化模型) - 案例二

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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


来源:ANSYS及ANSYS Workbench工程实战
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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