电子枪面面辐射热分析（两种简化模型） - 案例二

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。