螺旋线慢波结构中夹持杆的结构与尺寸对散热特性的影响.pdfVIP

螺旋线慢波结构中夹持杆的结构 和尺寸对散热特性的影响 韩勇 刘燕文 丁耀根 微波器件与技术研究发展中心 摘要：本文利用ANSYS软件对采用不同结构夹持杆的慢波组件的散热性能进行了分析。分别在稳态和瞬态 两种情况下，分析与比较了采用不同结构的夹持杆对慢波组件的散热性能的影响。得出了不同结构夹持杆在影 响组件散热时的几个因素，对慢波组件夹持杆结构和尺寸的设计有一定的参考作用。 关键词：螺旋线慢波结构;夹持杆;散热特性;导热热阻 中国科学院电子学研究所2006年青年学术交流会 其中：[K】为导热矩阵，{丁)为节点温度向量，{Q)为节点热流率向量。 当热量传递达到稳态后，观察螺旋线上的最高温度，可以在一定程度上比较组件的散热 能力。温度越低，组件的散热能力越强。 另外，也可以在向螺旋线中提供恒定热负载后，观察螺旋线的温度随时间的变化关系。 这是一种瞬态导热的过程，组件的导热遵循瞬态热平衡表达式： [C]{丁)+[K]{丁)={Q} (4) 其中：【K]为传导矩阵，[C】为比热矩阵，{丁)为节点温度向量， {丁}为温度对时间的导数， {Q)为节点热流率向量。 通过记录螺旋线上最高温度的瞬时变化情况，可以了解组件上热量的散出随时间的变化 情况，从而得知组件散热性能的好坏。 3夹持杆结构和尺寸对散热特性的影响 当螺旋线的结构及材料，管壳的结构及材料相同，夹持杆与螺旋线和管壳的接触情况相 同的情况下，考察相同材料的夹持杆，结构和尺寸的不同对慢波组件散热特性的影响。 图1不同结构的夹持杆的结构图 本文利用ANSYS软件，对采用了圆柱型夹持杆、矩形夹持杆和T型夹持杆的慢波组件的 散热性能进行模拟比较。这三种结构的夹持杆的制作工艺较简单，夹持杆也易于装配，所以 得到了较为广泛的应用。另外，这三种夹持杆与螺旋线和管壳的接触均可以认为是线接触。 首先，考虑夹持杆有两处与管壳接触的情况，即采用T型夹持杆和矩形夹持杆的情况。 在固定边界条件和热负载的情况下分别对组件进行稳态和瞬态分析。 由于T型夹持杆是一端厚一端薄，在与矩形夹持杆比较时，采用了两种尺寸的矩形杆。 一种的厚度与T型杆薄端相同，一种的厚度与T型杆的厚端相同。厚杆的厚度是薄杆的两倍。 对组件进行稳态分析得到如下的结果： 表1不同夹持杆时螺旋线最高和最低温度对照表 663 韩勇刘燕文丁耀根：螺旋线慢波结构中夹持杆的结构和尺寸对散热特性的影响 霪 蓼一 a．T型夹持杆组件 图2慢波组件稳态温度分布图 由表1和图2中可以看出使用T型夹持杆组件的散热能力强于使用薄矩形杆的组件，而 弱于使用厚矩形杆的组件。影响夹持杆传热的因素主要有：夹持杆材料的热导率、夹持杆的 导热热阻和夹持杆与各面的接触热阻。本文的模拟使用了Be0夹持杆、钼的螺旋线和Monel 的管壳。这三个组件均是线接触，接触处的情况相同。这样，导致最终散热性能差别的因素 应该就是夹持杆的导热热阻。 物体导热热阻的表达式为： d天 d冗。=兰 (5) “ 兄A 其中：d万为导热路径，名为热导率，A为导热面积。 T型杆的导热面积在厚端要大于薄矩形杆，所以导热热阻略小于薄矩形杆，使得散热能力 高于薄矩形杆一些。厚矩形杆的导热面积大于薄矩形杆，又大于T型杆的薄端，所以厚矩形 杆的散热效果最好。另外，对于同样