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基于热发射钨灯丝针尖的COMSOL Multiphysics®三维数值模拟
Published in 2024
钨丝是早期热发射电子源阴极灯丝的关键材料，工程组件上多数采用的灯丝直径为0.127~0.203mm，一般将其制成V型发叉式。模型构建了三维灯丝几何结构，计算过程中对灯丝弯折角处的区域进行网格加密处理。结合COMSOL Multiphysics多物理场的电磁热模块，实现了对钨灯丝的温度分布模拟计算，并进一步计算不同几何结构和不同灯丝材料对灯丝温度分布的影响。仿真结果表明，在材料钨、钛、锆以及各种弯折角度下，灯丝最高温度与弯曲处温度差稳定在30~40K左右。从趋势上看，弯折角度α越小灯丝总温度越高。该工作解释了常见灯丝熔断点非灯丝针尖的工程问题，优化出在灯丝弯折角度α正切值tanα=2：1时，灯丝线径上温度双峰比较集中，电子枪的利用效率较高，计算结果为电子源阴极结构设计、寿命预测等工程应用提供了理论参考。
