Проекты

Тепловой расчет электронной пушки

В работе исследуется работа электронной пушки в процессе разогрева. С помощью численного моделирования в ANSYS Fluent определяется время выхода устройства на установившийся режим работы.

Конечной целью теплового расчета является сокращение времени выхода на стационарный режим для рассматриваемого устройства. Первостепенной задачей является получение результатов численного моделирования, согласующихся с результатами имеющихся натурных испытаний. На последующих этапах должны быть проанализированы различные варианты нагрева электронной пушки, с целью получить требуемое время выхода на установившийся режим работы.

Электронная пушка — устройство, с помощью которого получают пучок электронов с заданной кинетической энергией и заданной конфигурации. Чаще всего используется в кинескопах и других электронно-лучевых трубках, СВЧ-приборах, а также в различных приборах, таких как электронные микроскопы и ускорители заряженных частиц. Работа электронной пушки возможна только в условиях глубокого вакуума, чтобы пучок электронов не рассеивался при столкновении с молекулами атмосферных газов.

Тепловая пушка

Электронная пушка работает в условиях вакуума 10-5 Па внутри прибора. При работе устройства происходит интенсивный теплообмен между частями конструкции посредством теплопроводности и излучения. Конвективным теплообменом внутри прибора можно пренебречь. Вследствие нагрева происходит термомеханическая деформация устройства, которая влияет на эксплуатационные характеристики прибора. Нормальная работа устройства возможна только в условиях установившегося режима работы.

Первостепенной целью теплового расчета является получение графиков температуры катода, перемещения сетки и катода от времени. После получения этих данных необходимо проверить, насколько они сходятся с результатами натурного эксперимента.

Конечно-элементная сетка строится с использованием алгоритма Patch Conforming и метода, при котором создаются тетраэдральные элементы с использованием элементов первого порядка. Результатом стала сетка, содержащая в себе 652707 узлов и 3817100 элементов. При переходе к решению тепловой задачи в ANSYS Fluent сетка конвертирована в полиэдрическую. Это сделано для оптимизации ресурсов, повышения точности и скорости решения задачи.

Задача решается в нестационарной постановке. Теплонагруженной деталью является катод, который обладает собственным постоянным тепловыделением. В качестве граничного условия с внешней стороны прибора заданы конвективный теплообмен с окружающей средой (температура окружающей среды +25°С) и излучение в окружающую среду.

В результате решения нестационарной задачи теплопередачи и термомеханики получены распределения температур и перемещений всех точек сборки в зависимости от времени.

Тепловое поле

 

По данным выполненных расчетов построены графики, на которых приведено сравнение результатов численного моделирования и полученных ранее данных натурных испытаний. 

График температур

Результаты теплового расчета хорошо коррелируют с экспериментом, что дает основания полагать о корректности численной модели и настроек расчета.

Связанные новости
Отличная новость: мы открываем весенний набор в программу стажировки молодых инженеров. Стать участниками стажировки смогут студенты технических специальностей, обучающиеся в вузах Санкт-Петербурга: СПбПУ Петра Великого, БГТУ «Военмех» им. Д. Ф. Устинова, СПбГУ, СПбГМТУ, Университет ИТМО. На стажировку принимаются студенты старших курсов: от четвертого и выше. Дата окончания приема заявок — 20 мая 2022 года.

Согласно Постановлению Правительства РФ от 28 марта 2022 года, сотрудники компаний в сфере информационных технологий смогут получить отсрочку от призыва на военную службу.

Связанные публикации в блоге
Открытие летних веранд ресторанов способствует увеличению количества посадочных мест и привлекательности со стороны клиентов в летний период. В условиях ограничительных мер в связи с эпидемией коронавируса это также возможность продолжать работу, избегая вынужденных простоев. На большей части территории России летний сезон, к сожалению, короткий и не всегда достаточно тёплый, в связи с этим экономический эффект от организации открытых веранд оказывается недостаточно велик, а сами веранды зачастую не пользуются большой популярностью из-за погодных условий. Использование различных типов обогревателей для создания комфортных условий для посетителей и продления сезона работы открытых веранд – достаточно распространённый способ решения этих проблем.
Архитекторы, инженеры и другие специалисты строительной отрасли сталкиваются с растущим на них давлением, по вопросам соответствия стандартамэнергоэффективности и понижения уровня выбросов углекислого газа при сохранении затрат. Значительное ускорение процесса проектирования зданий при наименьших затратах наилучшим образом достигается за счёт использования новых технологий. Появившийся класс инструментов на базе численного моделирования, моделирование зданий и моделирование физических процессов достигли новых высот скорости и точности, совершенствуя процесс проектирования зданий и другие рабочие процессы с помощью новых возможностей. Численное моделирование открывает мир моделирования для фирм любого размера, работающих над проектами любого масштаба.
Связанные вебинары
На данном вебинаре вы узнаете, как с помощью инструментов численного моделирования Ansys можно сократить время и издержки на разработку и испытания приборов и электронного оборудования, испытывающего механические и тепловые нагрузки.

Закажите расчет

Команде профессионалов
Изменить файл
Поля, отмеченные звездочкой (*) обязательны для заполнения.