射频四极场加速器腔体多物理场分析

射频四极场(Radio Frequency Quadrupole,RFQ)加速器在大功率运行时会导致温度升高和热变形。针对其热稳定性的研究,在很多的多物理分析方法中,研究者将模型局限于二维RFQ截面或三维RFQ局部结构,忽略了冷却流体的流动运动。本文提出了一种结合计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)热流耦合的三维多物理场数值分析方法,包括电磁-流体-热-结构的多物理场耦合分析。基于实验工况,分析了3种(Standard、RNG、Realizable)k-ε湍流模型在同样工况下的换热效果,通过仿真结果与实验结果比较,验证方法的可行性和可靠性。选择合适的湍流模型,分析不同参数下腔体温度、结构和频率的变化规律。结果表明:应用CFD数值模拟方法可以较好的模拟RFQ加速器稳态传热状态,为未来加速器的结构优化、性能改进提供有效的数值模拟平台。