赵运武，朱建平，连克难，文兴全

（中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，四川绵阳 621900）

0 引言

四倍频晶体对温度变化十分敏感，温度变化0.5℃会导致其效率降低20%[1]，因此必须严格控制其温度变化及温度梯度分布。四倍频晶体工作时需要置于温控箱中，温控箱的温度控制精度指标如下：1）温度可在20～35℃之间调节，平衡时间小于12 h；2） 温度控制精度≤±0.1℃；3）温度的面均匀性≤±0.1℃；4）恒温状态下出现温度扰动时，重新平衡时间小于1 h。

温控箱周围的环境温度在20～23℃之间波动。拟采用的控温方式为水浴控温，利用铜管道内循环的恒温水调节其内部温度场，并利用隔热材料制造的外壳减小其与外界的热量交换，从而保证温控箱的温度场满足稳定性和均匀性的要求。为了在设计时分析温控箱的控温能力并对结构进行优化，利用有限元软件ANSYS对温控箱的温度场进行了模拟。

1 温控箱的结构

图1 温控箱结构图

温控箱的结构如图1所示。其主要由外壳、真空窗口、前后保温段、晶体框和保温管道组成。由恒温水源产生的温度变化范围为±0.1℃的恒温水流经温控箱内的管道系统，通过与管道壁的对流换热对温控箱的温度场进行调节。温控箱的传热方式主要有:保温管道与前后保温段、晶体框之间的热传导；内部各部件之间的辐射以及与内部空气的对流换热；外壁与外部空气的对流换热等。最终温控箱内部的温度会不断接近水温直至平衡，通过调节水温即能得到需要的温度场。……