周期永磁聚焦园杆夹持行波管螺旋结构的热分析

Crive.,P 徐云玉

文章主题:行波管 螺旋线 永磁聚焦

文章内容：街疲蛹鬣威磁鹈周期永磁聚焦园杆夹持行波管螺旋线结构的热分析一彦/∞耻啪恬<>,,尸刚/摘要:发展7一种能在小型计算机系统上运行的用于周期永磁聚焦园杆夹持螺旋线结构行波管的热分析.该方法完整地说明了用于螺旋线组件中几种材料的不同热传导率,并考虑7沿热流方向螺旋线结构中各种另部件的非均匀几何形状.由于考虑了介面热阻的作用,能对螺旋线损耗给定功率后的热状态作出精确的预言,并很容易分析结枸的各另件的热的和几何的参量对螺旋线温升的影响.实验测量表明与计算结果有良好的一致性,并指出该方法可用于估算试验螺旋线组件的介面热阻.术语表螺旋线的名义直径.螺旋线的外直径.在一个节距长度上支持杆(或柱)和管壳或螺旋带的接触面积.(,)一维热流在径向处的横截面积.‰绝热假设时通过极靴传导的热传导率系数.ⅱ等温假设时通过极靴传导的热传导率系数.沿螺旋线通道的支持杆或柱的宽度..螺旋带和支持杆连接处支持杆的宽度..管壳和支持杆连接处女持杆的宽度.磁环内径与磁环外径的:[.1用多项近似式表示的材料热传导率的温度系数以,为单位,=1.2.3…….用指数近似式表示的金钢石的热传导率的温度系数以1/℃为单位:螺旋带厚度..周期永磁聚焦极靴内直径.一阔期永磁聚焦磁环内直径..周引永磁焦极靴和磁环的外直径..管壳内直径.往螺旋线结构组件中的温升—】..,.一个当:0时为2,当士0时为的子,这里是一个整数.用(5)式定义的几何因子.=.对应于周期永磁聚焦绪构的几何因子.对应于杆支撑螺旋带组件中管壳的几何因子.一对应于桂支撑螺旋带组件中管壳的几何离子.楔形支持杆的几何困子.一3一气相沉积氮化硼支持杆的几何因子.园形支持杆的几何因子.杆支撑螺旋带的几何囡予.^.柱支撑螺旋带的几何因子.螺旋线支持杆(或桂)高.:第一类变态贝塞尔函数.,",第=类变态贝塞尔函数.,+昂一失档霉日1姒.()材料的热传导率,以?℃为单位..在=0℃时材料的热传导率.在所选择的温度范田内材料的平均热传导率..≈.分别为极靴,导热垫块和磁环的热传导率..气相沉积氮化硼沿分层表面的热传导率..气相沉积氮化硼沿分层表面垂直方向的热传导率./的比率…,笛卡尔参考坐标系中在,,方向的热传导率热斑和邻近支持轩(或柱)中心间的带长.,热斑和邻近支持杆(或柱)边间的带长.周期永磁结构的周期.螺旋线的支持杆数.每一圈螺旋线上支持柱数.螺旋线的螺距.名义螺旋线螺距角(),径向热传输量,以瓦为单位通过一根支持柱传导的热量,以瓦为单位.通过一根支持杆传导的热量.以瓦为煞位.能量产生率,以.为单位一—介面热阻,以℃』为单位.管壳壁厚.沿带宽的螺旋线柱的夏持宽度.平均极靴皮温度,以℃为单位.螺旋线结构组件中的最低温度.螺旋线结构组件中的最高温度.求解温度分布的拉普拉斯方程时任选的参考温度.=2/2/.单位长度上的功率耗散,以/为单位.在螺旋线组件中的温升—.螺旋绞带宽..引言雷达,通讯和电子对抗系统对螺旋线行泣管的功率,频率和带宽性能的要求越来越高.限制行波管进一步提高功率的一个重要因素是螺旋线结构的热传导能力.行渡管设计者必须研究这个问题.在圆杆支撑的嫘旋线结构中,介面热阻极其重要.在外部散热器与螺旋线的总温升中,有50蟾是由介面热阻引起的.近年来,对螺旋线结构的热分析做了许多工作.在较早的文献[2]分析中,只考虑螺旋线与夹持杆两个元件,并认为沿热流方向横截面是均匀的,这仅是一种简化了的粗略的分析.在较近期的文献[1]中,考虑了材料导热率随工作温度的变化,但仍只研究矩形截面且几何形状均匀的夹持杆的情况.本文介绍最近在[1]的基础上,研究出曲一种新方法,它能在小型计算机上计算周期永磁聚焦螺旋线结构中螺旋线的温升.与(]的不同之处是考虑了结构中各个元件几何形状的不均匀性.对于给定功率损耗的情况,考虑了介而热阳,就可以很方便地计算每个元件的导热率和几何参量对螺旋线热斑上的温度的影响.本文还分析了三种常用的圆形,矩形,楔形截面夹持杆,金钢石支撑,块支撑螺旋线[3)也作了介绍,最后给出了实删绪果并对比作了讨论.ⅱ课题的系统阐述和典型材料的可变热传导性.如果对于螺旋线组件中的每一种零件能够设计出适当的热模型,那么就可以准确预言周期聚焦螺旋线组件的热能力.周期聚焦磁场螺旋线组件的剖面图如图1所示.在这种结构中,由电子注截获的和欧姆损耗在螺旋线上产生的热必须流向外部的散热器去.通常,螺旋线的热辐射可以忽略,真空中也没有热对流,因此我们可以假设热量仅仅从螺旋线通过夹持杆,管壳和周期聚焦结构传到散热器去.现在,支持杆构或从螺旋线到管壳的唯一热通道.也由于周期聚焦的结构沿螺旋线轴向是周期性的,所以热通量被限制在对称面之间.如图1所示因此,对这种热输送问题忽略轴向热流井假设圆柱对称是适当而有意义的.在长度.上径向传导出去的热是:?(1)如果是单位长度上的功率损耗,在螺旋线中电子注截获和射颊损耗的总和,在轴向披假定为常数.我们希望针对给定的功率损耗,计算在螺旋线结构不同部分的温升,以便了解它们对热阻的影响.归根结底是计算螺旋线热斑点的温升.对于传导分析,为了获得螺旋线组件中的温度分布,我们必须求解稳定状态下的热传导方程:(】)+:0(2)式中是单位体积能量产生率.如图2,用于螺旋线组件某些较重要的材料,其热传导率随温度的变化是显着的.图中给出了热传导率的推荐数据4]这样热传导率的任何精确计算必须考虑这些变化.求解(2)式时,得出非线性偏微分方程.一种求解的方法可与用作求解有可变导热率的固态热传导方程的变换等敬,可具体化如下:对于一个不产生热和无热损耗的系统来说,傅里叶定理的积分形式为;广=一州㈩式中假定沿热流方向是一维温度分布.这种假定只有当横截面随距离的变化是渐变和不太显着时才合理.如果变化不是渐变的,如发生在螺旋线组件的某些部位,我们可以首先任意设定一个恒定的热导率来求解(2)式,这就获得线性方程(4)从它的解就得到假定的温升:一,同时定义几何因子为.—(5)这个几何因子给出恒定导热率结构的热阻随几何参量的变化.然后就可把这个