直线加速器同轴负载的热分析与优化设计

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低能高功率(>10kW)电子直线加速器已广泛应用于食品灭菌、保鲜、医疗器械及医疗用品消毒灭菌、材料改性及其制备、大金属构件无损探伤等领域。应用领域的不断扩展,要求有更灵巧、轻便的小型加速器。 加速管是电子直线加速器的核心部件,由于同轴负载不仅能够保证产生性能优异的电子束流,而且使加速管结构紧凑,使加速管的小型化成为可能。这对于应用越来越广泛的电子直线加速器具有重要意义。同轴负载需要有性能可靠的微波吸收材料吸收剩余微波功率,因此研究Kanthal合金热喷涂层的性质和传热行为以及对加速管的温度场和热变形的影响有重要的意义。 本课题应用I-DEAS软件TMG模块对单个加速腔(阑片、单腔、四个腔)模型进行了有限元建模,利用实验得到的Kanthal合金涂层物性参数,模拟了同轴负载腔的传热过程,并得到了其稳态温度场。同时,就Kanthal合金涂层的厚度、内径、外径等尺寸参数对加速腔温度场的影响进行了分析与优化,得到了最优的涂层尺寸参数。分析结果表明涂层的厚度应在已达到趋肤深度的前提下尽量薄。 在以上分析的基础上,结合3.68KW的一组高微波功率损耗,对实际使用的四个同轴负载腔组成的加速腔段的温度场和变形情况进行了模拟。并且通过改进涂层尺寸参数和水流冷却的方式,进行了优化计算,计算结果表明,将轴向进水方式改进为径向入水方式,减小同轴负载腔尾部铜块的长度和加速腔壁厚的方式;得到了最大温差在±3℃以内的温度场结果,达到了设计目标。 最后对本课题的进展进行了总结并对进一步研究提出了一点想法。
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