接触热传导热分析（二） - 不同夹持杆材料及尺寸对热性能影响

是 ANSYS 工程实战 第 12 篇文章

问题描述：第 9 篇文章分析了不同尺寸的 BN 夹持杆行波管高频热性能分布情况，本章在原基础上分析不同尺寸 BeO 夹持杆高频热性能分布，并比较 BN 夹持杆与 BeO 夹持杆特点，根据仿真结果可以通过调节夹持杆与极靴接触界面尺寸，使用 BeO 夹持杆来降低行波管高频温度。

1.  有限元模型及前期设置

有限元模型为简化的行波管高频结构部分，主要包括：螺旋线，夹持杆，极靴，连接环，散热片，底板，其中极靴，连接环，散热片，底板进行 part 设置，螺旋线，夹持杆不设置 part ，螺旋线取靠近输出的部分长度 (15-20mm)，暂不考虑钼针方向的热传导。

接触设置：螺旋线与夹持杆设置接触，夹持杆与极靴，夹持杆与连接环分别设置接触。

网格收敛：通过设置螺旋线，夹持杆，极靴，连接环的尺寸进行网格收敛计算，参照工程实战第 7 篇文章。网格收敛后各部件设置网格大小为 螺旋线 0.06mm，夹持杆 0.06mm，极靴 1mm，连接环 1mm，散热片 1mm，底板 4mm  。

边界条件：底板设置环境温度 85 ℃ 。

2.  仿真结果分析

公 众号第9篇文章分析了同尺寸的 BN 夹持杆的温度分布情况，将 BN 夹持杆材料改为 BeO，夹持杆界面尺寸为  0.17*0.35mm ，螺旋线为钼带时，螺旋线上最高温度为 188.95 ℃，比 BN 夹持杆温度低 141.32 ℃，温度降低近一倍，仿真结果如图。

改变夹持杆与螺线，夹持杆与极靴接触面的尺寸，其他条件不变，进行分析，结果如表，表中结果为网格收敛之后的结果，出现温度差5℃，应该是正确的，如果没有做网格收敛，温度差5℃就不可信，因为在改变网格后，温度差就会有明显变化，甚至出现相反的结果，这种现象尤其在高频热分析时更长出现，在收集极热分析中出现的误差较少，希望做这方面分析的朋友多多留意。

为了更直观，绘制结果表如图，

仿真结论：

1）夹持杆宽边不变，增大夹持杆窄边尺寸，使用 BeO 夹持杆高频最高温度降低 5 ℃，使用 BN 夹持杆高频最高温度降低 10 ℃，夹持杆窄边对高频温度影响不大；

2）夹持杆窄边不变，增大夹持杆宽边尺寸，使用 BeO 夹持杆高频最高温度降低 81 ℃，使用 BN 夹持杆高频最高温度降低 90 ℃，夹持杆宽边对高频温度影响较大；

3）夹持杆宽边尺寸和夹持杆材料存在相互影响作用。