高功率回旋管熱分析及散熱技術(shù)研究.pdf

1、回旋管是一種基于電子回旋諧振受激輻射機(jī)理工作的新型電真空器件，因其在毫米波及亞毫米波段具有高功率，高效率和寬帶寬等優(yōu)點(diǎn)，為毫米波及亞毫米波在雷達(dá)，電子戰(zhàn)，通信，受控?zé)岷司圩?、高功率微波武器，新型材料和醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用開(kāi)辟了廣闊的前景。近年來(lái)，回旋管輸出功率越來(lái)越高，已研制出毫米波段上百千瓦的連續(xù)波功率和吉瓦級(jí)的脈沖功率。隨著輸出功率的增加，對(duì)高功率回旋管散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也面臨巨大挑戰(zhàn)。因?yàn)橹谱骰匦艿牟牧暇哂薪橘|(zhì)損耗，在回旋管工作時(shí)有一部

2、分功率會(huì)以熱的形式耗散掉。如果沒(méi)有對(duì)回旋管散熱系統(tǒng)進(jìn)行有效設(shè)計(jì)，尤其在高功率工作時(shí)，回旋管會(huì)因溫度過(guò)高而損壞。因此，對(duì)回旋管進(jìn)行散熱研究，對(duì)提高回旋管的穩(wěn)定性、可靠性和壽命具有重要意義。
　　本論文主要對(duì)110GHz回旋振蕩管的電子槍陰極和高頻諧振腔進(jìn)行了熱分析和散熱研究。本文內(nèi)容的主要工作如下：
　　1.簡(jiǎn)要介紹了回旋振蕩管和傳熱學(xué)的相關(guān)理論及ANSYS軟件
　　對(duì)回旋振蕩管電子槍和高頻結(jié)構(gòu)的一些基本理論做了簡(jiǎn)單介紹

3、，分析了一些參數(shù)變化對(duì)電子槍和高頻結(jié)構(gòu)性能的影響；對(duì)傳熱學(xué)的基本理論和主要傳遞方式（熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射）做了闡述和對(duì)流換熱微分方程進(jìn)行了推導(dǎo)；對(duì)ANSYS軟件的主要功能和熱分析的過(guò)程步驟的介紹。
　　2.對(duì)回旋管電子槍的熱分析
　　電子槍是高功率回旋管的“心臟”，為回旋管提供注波互作用的電子束，電子槍質(zhì)量的好壞直接影響著回旋管的可靠性和壽命。本文主要利用ANSYS軟件對(duì)電子槍進(jìn)行仿真建模，然后對(duì)其溫度分布和形變大小進(jìn)行分

4、析。主要通過(guò)增加燈絲加熱功率，優(yōu)化燈絲數(shù)目和排列方式，對(duì)槍芯支撐筒切縫等方式使電子槍發(fā)射帶表面溫度達(dá)到發(fā)射要求，通過(guò)對(duì)燈絲數(shù)目、燈絲排列方式、支撐筒切縫數(shù)目和切縫角度的優(yōu)化，最終使發(fā)射帶表面溫度在1000℃以上，表面溫差在1℃以下。然后對(duì)電子槍進(jìn)行形變分析。
　　3.對(duì)回旋管高頻諧振腔的熱分析
　　利用ANSYS軟件對(duì)回旋管高頻結(jié)構(gòu)進(jìn)行了熱分析，對(duì)比分析了均勻加載和非均勻加載的溫度分布結(jié)果，通過(guò)優(yōu)化諧振腔外壁散熱開(kāi)槽方式和散