界面接触热阻-收集极热性能分析二
这是 ANSYS 工程实战 第 15 篇文章
问题描述：
实际工程中，电极与陶瓷，陶瓷与外筒，外筒与底板之间都存在不同接触，外筒与底板接触通过实际测量比对进行确定，其他部分接触不能通过外筒温度进行参考，还需研究别的方法。
在文章"不同接触热阻对温度影响-收集极热性能分析(修正一)"中把底板与外筒设置为充分焊接，这里考虑底板与外筒不焊接及焊接的不同程度时，收集极各部分的温度分布情况。
1. 仿真模型及前期设置
行波管收集极模型，网格设置，温度载荷，环境温度设置与文章“不同接触热阻对温度影响-收集极热性能分析(修正一)”相同。
接触设置：电极与瓷片之间，瓷片与外筒之间，外筒与底板之间需设置接触热阻。在第一次分析时，可以设置接触热阻为 6.67E-04℃m2/W，在 ANSYS Workbench 中，需将接触热阻转换为接触热导率 0.0015W/(mm2℃) 加载在接触界面。
2. 仿真计算及网格收敛
收集极网格收敛比较一致，做过一次网格收敛后我们就可以看出规律，网格大小设置按照：底板为 4mm，外筒为 3mm，瓷柱为 2mm，电极和陶瓷为 1mm，网格数为 500142 。在 Workbench 中虽然网格大小一样，但每次划分出的网格数量会有由一定差异，但计算结果不会变（指网格收敛后）。
图1 接触热阻为 6.67E-04℃m2/W 时电极温度部分
3. 不同接触热阻收集极温度分布情况
下图给出了接触热阻为 6.67E-04℃m2/W，环境温度为 20℃，网格数为 500142 时，收集极电极一，电极二，电极三最高温度，外筒与底板，陶瓷与电极，陶瓷与外筒的界面温度，瓷柱温度，端盖前极靴温度等。在其他接触热阻情况下也需要给出对应的温度。
图2 热阻为 6.67E-04℃m2/W 外筒与底板温度分布
图3 热阻为 6.67E-04℃m2/W 电极内部温度分布
电极，瓷柱，端盖极靴最高温度与接触热阻关系：
随着接触热阻的变化，电极上最高温度变化比较明显，瓷柱与端盖极靴温度在接触热阻较小时变化很小，随着接触热阻增加，变化增大。
最小接触热阻已经接近充分焊接，我们可以知道收集极各部分相对环境25℃的最小温差。如相对环境温度25℃，瓷柱最小温升7℃；端盖极靴最小温升12℃；第一电极的最小温升20℃；第二电极的最小温升51℃。
图4 不同接触热阻时，关键位置的最高温度情况
图5 将图4图低端放大
电极陶瓷界面与接触热阻的关系：
随着接触热阻的增加，接触界面的温差快速增加，因此在收集极装配时电极陶瓷外筒之间不能松动，否则电极温度会很高，热量很难传出。当界面热阻能达到 0.000333℃m2/W 以下时，电极上的温度就能快速传导出去。
图6 不同接触热阻时，关键界面位置最高温度情况
图7 将图6图低端放大
外筒陶瓷界面与接触热阻的关系：
随着接触热阻的增加，靠近前端的陶瓷温度增加较大，陶瓷与外筒的温差也较大；收集极末端陶瓷与外筒的温差很小。
图8 不同接触热阻时，关键界面位置最高温度情况
图9 将图8图低端放大
界面温差与接触热阻的关系：
随着接触热阻的增加，电极二与陶瓷温差最大；电极一与陶瓷，电极二与陶瓷，前端陶瓷与外筒温差变化较明显；电极三与陶瓷，后端陶瓷与外筒温差变化较小。
图10 不同接触热阻时，关键界面温差情况
图11 将图10 图低端放大
特别说明：
1）电极与底板充分焊接时，在相同环境和工作状态下，外筒上相同位置的温度差异不大，此时外筒上的温度主要受环境对流和底板传热影响，受电极内部接触影响较小；
2）电极与底板焊接不充分时，在相同环境和工作状态下，外筒上相同位置的温度与焊接情况相关；
3）实际测量外筒上温度，只能说明外筒与底板焊接情况，对电极内部温度情况没有参考作用。
