高功率微波管收集极的散热分析

摘要

利用欧拉两相流模型和沸腾换热模型计算了高功率微波管收集极的散热问题.在给出电子束能量沉积规律的基础上,得到了热源项在收集极及冷却水中的分布形式.利用CFD软件计算了脉宽为45 ns、重频为50 Hz、平均功率为27 kW电子束作用下的收集极温度分布,重点研究了冷却水流速对散热效果的影响.研究结果表明,冷却水流速为1.5 m/s时,内壁面稳态峰值温度超过了收集极材料的熔点,会导致一定时间后收集极损坏;散热峰值处对流换热大约占总换热量的71.7％,激冷换热大约占28.1％,相变换热占0.2％.冷却水流速小于5 m/s时,收集极最高温度随流速增加快速下降;5～10 m/s时,温度下降缓慢;超过10 m/s后,温度下降速度增大.针对该电子束条件,收集极安全工作要求冷却水流速不得低于5 m/s.