(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111568268.1 (22)申请日 2021.12.20 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113966161 A (43)申请公布日 2022.01.21 (73)专利权人 中国电子科技 集团公司第九研究 所 地址 621000 四川省绵阳市滨河北路西段 268号 (72)发明人 李鹏　汪鹏　王斌　 (74)专利代理 机构 绵阳市博图知识产权代理事 务所(普通 合伙) 5123 5 代理人 黎仲 (51)Int.Cl. H05K 7/20(2006.01)H05H 7/22(2006.01) G06F 30/20(2020.01) (56)对比文件 CN 1012812 21 A,2008.10.08 刘亮.新型 大功率水负载的微波和流体设 计. 《微波学报》 .20 08, 陈俊.管道应力及固定点受力分析. 《浙江化 工》 .2000, Tao Xun.Hydrodynamic L oading of Ceramic Compo nents Due to Pulsed Discharge in Water. 《IE EE Transacti ons on Plasma Science》 .20 09, 审查员 王亚鑫 (54)发明名称 一种新型 大功率水负载结构的设计方法 (57)摘要 本发明公开了一种新型大功率水负载结构， 包括吸收腔、 入水管和出水管， 所述吸收腔包括 上壳体、 陶瓷盖板和下扣板。 其设计方法为在 HFSS软件中建立一新型大功率水负载结构的模 型、 预设其驻波比≤1.2； HFSS软件、 Fluent软件、 Workbench软件中联合仿真， 得到同时满足电性 能、 热学性能以及力学性能的模型。 本发明能有 效改善大功率水负载的散热效率， 防止水负载在 使用的过程中局部温度过高造成水负载发生变 形， 进而使得水负载发生泄漏， 影响产品的正常 使用。 且综合考虑了水负载的电性能、 热学性能 以及力学性能， 有效降低提升了整体的散热性 能， 避免器件因为局部温度过高发生蠕变， 从而 导致器件可靠性降低的缺陷。 权利要求书1页 说明书5页 附图7页 CN 113966161 B 2022.03.08 CN 113966161 B 1.一种新型 大功率水负载 结构的设计方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： （1） 在HFSS软件中建立一新型大功率水负载结构的模型， 预设其工作频率及端 口驻波 比VSWR， VSWR≤1.2； 所述新型大功率水负载结构包括吸收腔、 入水管和出水管， 所述吸收腔包括上壳体、 陶 瓷盖板和下扣板； 所述上壳体整体为下方敞口的空心圆台段， 空心圆台段底部向下延伸形成一圆管段， 圆管段底部外壁设有一环形翻边； 所述下扣板位于上壳体正下方， 整体为环形， 内径与圆管段内径相同， 外径与环形翻边 外径相同， 下扣板上表面设有一沉孔， 所述沉孔直径大于其内径， 陶瓷盖板位于沉孔中并与 沉孔完全匹配贴合， 所述上壳体和下扣板固定连接； 所述入水管水平设置于上壳体一侧并与 上壳体内部连通， 且入水管沿连通处空心圆台 段的切线方向设置， 所述出水管同轴设置于上壳体顶部， 且与上壳体顶部连通， 且入水管和 出水管远离吸 收腔的一端分别为入水口和出 水口； （2） 在HFSS软件中调整各部件结构尺寸并仿真， 使其满足驻波比≤1.2， 得到一电性能 模型； （3） 用Fluent软件对电性能模型进行仿真， 预设入水口处水温 tin、 出水口处水温 tout、 入 水口到出水口的水流采用k ‑ε湍流模型， 对电性能模型进行调整， 得到一散热模型， 并获取 该散热模型的热场分布； （4） 将散热模型导入Workbench软件中， 预设散热模型各部件的材料参数， 并根据散热 模型的热场分布计算出 该模型的热应力分布； （5） 判断各部件中， 热应力是否超过其许用应力； （6） 若热应力＞许用 应力， 则重复步骤 （2） ‑（5） ， 直到各部件中， 热应力均小于许用 应 力， 将该散热模型作为最 终结构输出； 若热应力≤许用应力， 则直接将该散热模 型作为最 终 结构输出。 2.根据权利要求1所述的一种新型大功率水负载结构的设计方法， 其特征在于： 所述陶 瓷盖板为透波介质层， 采用Be O陶瓷、 Al2O3陶瓷或AlN陶瓷制成； 所述新型大功率水负载结构 除陶瓷盖板外， 均采用铝材料制成， 且安装陶瓷盖板时， 在 陶瓷盖板和沉孔的贴合处镀银， 再焊接在一 起。 3.根据权利要求1所述的一种新型大功率水负载结构的设计方法， 其特征在于： 所述步 骤 （3） 中， 预设 tin=25℃、tout≤65℃。 4.根据权利要求1所述的一种新型大功率水负载结构的设计方法， 其特征在于： 所述步 骤 （3） 中， 对电性能模型进行调整， 得到一散热模型， 具体为， 调整入水管、 出水管的位置和 内径， 以及水流的流速 。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 113966161 B 2一种新型大功率水负载 结构的设计方 法 技术领域 [0001]本发明涉及一种水负载 结构， 尤其涉及一种新型 大功率水负载 结构及设计方法。 背景技术 [0002]水负载是利用极性水分子， 在高频电磁场中快速振动的原理来吸收微波能量。 中 国科技大学同步辐射 实验室， 在其直线加速器上采用了水负载。 日本KEK在其KEKB上采用的 水负载， 可 稳定承受1.2MW的功率。 [0003]但现在大功率水负载， 设计时只考虑其电性能的优化， 而不考虑其散热性能的优 化。 常常造成电性能满足以后， 而其散热不能满足要求。 使得器件因为局部温度过高， 造成 器件因高温发生蠕变， 而 使得器件的可靠性降低。 [0004]且大功率水负 载， 应用于输出功率较大的情况， 若使用常规吸收体， 吸收体将不能 承受高功率下高温状态， 而极易造成 温度场击穿。 [0005]名词解释： [0006]HFSS软件： 英文为High  Frequency  Structure  Simulator， 是一种三维电磁仿真 软件。 能计算任意形状三维无源结构的S参数和全波电磁场。 [0007]Fluent软件： 是一款流体热力学软件， 用来模拟从不可压缩到高度可压缩范围内 的复杂流动。 FLUENT软件中的动/变形网格技术主要解决边界运动的问题， 用户只需指 定初 始网格和运动壁面的边界条件， 余下的网格变化完全由解算器自动生 成。 其通过该软件， 我 们可以得到任意形状产品的热场分布。 [0008]Workbench软件： Workbench是ANSYS公司提出的协同仿真环境， 解决企业产品研发 过程中CAE软件的异构问题， ANSYS  Workbench仿真平台能对复杂机械系统的结构静力学、 结构动力学、 刚体动力学、 流体动力学、 结构热、 电磁场以及耦合场等进行分析模拟。 发明内容 [0009]本发明的目的就在于提供一种解决上述问题， 在使用过程中不仅满足电性能， 还 能达到很好的散热性能的一种新型 大功率水负载 结构。 [0010]为了实现上述目的， 本发明采用的技术方案是这样的： 一种新型大功率水负载结 构， 包括吸 收腔、 入水 管和出水管， 所述吸 收腔包括上壳体、 陶瓷盖 板和下扣板； [0011]所述上壳体整体为下方敞口的空心圆台段， 空心圆台段底部向下延伸形成一圆管 段， 圆管段底部外壁设有一环形翻边； [0012]所述下扣板位于上壳体正下方， 整体为环形， 内径与圆管段内径相同， 外径与环形 翻边外径相同， 下扣板上表面设有一沉孔， 所述沉孔直径大于其内径， 陶瓷盖板位于沉孔中 并与沉孔完全匹配贴合， 所述上壳体和下扣板固定连接； [0013]所述入水管水平设置于上壳体一侧并与上 壳体内部连通， 且入水管沿连通处空心 圆台段的切线方向设置， 所述出水管同轴设置于上壳体顶部， 且与上壳体顶部连通， 且入水 管和出水管远离吸 收腔的一端分别为入水口和出 水口。说　明　书 1/5 页 3 CN 113966161 B 3