Моделирование задачи теплопроводности для катода

[dolivanov 7]

Здравствуйте. 

Занимаюсь задачкой о теплопроводности в микрокатоде.

Интерес состоит в определении температуры вершины катода. Считается, что нагрев происходит вследствие выделения джоулева тепла.

У меня есть удельная мощность тепловыделения. И в принципе, все.) Остальное все не особо ясно. Точнее, есть предположения, что тепло уходит за счет излучения в окружающую среду, но ее температура точно неизвестна, да и коэф. излучения тоже не совсем ясен. Температура подложки тоже непонятна.

Сначала я решал задачу в стационарной постановке, на основании катода ставил постоянную температуру. Получалось, что за счет этой постоянной температуры катод  не нагревался до интересующих температур (померить ее экспериментально нельзя, но предположения есть). Потом решили температуру с основания убрать и оставить только излучение с боковой поверхности. Здесь результаты получились более правдоподобные.

Но вскоре выяснилось, что катод работает в импульсном режиме и тепловыделение длится всего 10 микросекунд, потом 10000 микросекунд он не работает и т.д.

Решил посчитать задачу нестационарную, задал мощность в виде таблички, оставил только излучение в окружающую среду. Получил, что температура все время падает с начального значения, при этом совсем чуть-чуть греется тогда, когда работает мощность, далее продолжает падать. Результаты, мягко говоря, не удовлетворяют.

Что теперь делать, ума не приложу.

Решаю задачу в модуле Thermal в WB.

ловлю себя на мысли, что надо бы считать задачу связанную. То есть считать ток, протекающий по этому катоду и генерирующий джоулево тепло. Но где это считать, не совсем разобрался. Похоже нужен модуль Emag.

На картинку изображен график температуры, который получен для нестационарного расчета.

 

[Makarrr 15]

тепло уходит за счет излучения в окружающую среду, но ее температура точно неизвестна, да и коэф. излучения тоже не совсем ясен. Температура подложки тоже непонятна

И в результате: средняя температура по больнице 36,6.

Может схему приведете: где катод, где подложка, куда ток течет...

[soklakov 1 479]

Точнее, есть предположения, что тепло уходит за счет излучения в окружающую среду, но ее температура точно неизвестна, да и коэф. излучения тоже не совсем ясен.

Первые прикидки можно и на справочных данных сделать, но потом все равно очень захочется калибровки. И хорошо.

 

 

 

Температура подложки тоже непонятна.

Температуру на подложку ставить - жестковатое ГУ. По-хорошему, границу модели надо отнести так далеко, как сможете, и только там, где температура известна и стабильна, ставить уже закрепление.

 

 

 

Получил, что температура все время падает с начального значения, при этом совсем чуть-чуть греется тогда, когда работает мощность, далее продолжает падать. Результаты, мягко говоря, не удовлетворяют.

Качественно-то картина близкая. Только начинать лучше из охлажденного состояния. И импульсно подавать объемное тепловыделение. Через какое-то время тепловой режим установится.

В курсе по теплу есть похожий пример, только вместо импульсов синусоида, но это мало что меняет. Смотрите курс за 13-ю версию, по теплу обновлений, вроде, не было.

 

 

 

ловлю себя на мысли, что надо бы считать задачу связанную.

А еще помимо протекания тока, можно моделировать течение газа вокруг = охлаждение конвекцией. Но как-то это избыточно выглядит.

[dolivanov 7]

Спасибо всем. 

Картинка более подробная прикреплена ниже.

Большой промежуток времени особо считать не хотел, так как это займет не один день (по этой же причине и не хотелось бы рисовать очень длинную подложку).:) Но, похоже, без этого не обойтись. Знать бы хотя бы примерно, когда при таких ГУ система выйдет на режим. 

Я задавал начальные условия по температуре исходя из решения стационарной задачи, но похоже за счет излучения все очень быстро охлаждается.

Конвекцию нет смысла задавать, так как все это в вакууме.

Пример погляжу, может что интересное почерпну.