Modeling and Simulation of Heat Pipe Radiator Based on Modelica
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摘要: 为验证热管型辐射散热器的设计，并评估其性能是否满足工程应用指标要求，本文建立了辐射散热器集流环模型、热管热阻网络模型、赝芯伪热传导模型、翅片和辐射单元模型，采用Modelica基于MWORKS平台开发了辐射散热器仿真程序，对两段式热管型辐射散热器的不同分流方案进行了仿真计算。研究结果表明，辐射散热仿真程序能够对不同热管型辐射散热器设计方案进行较为合理的计算。因此，本研究中使用的模型和建模方法能够用于辐射散热器设计和优化分析。Abstract: In order to verify the design of heat pipe type radiation radiators, and evaluate whether the performance of the radiator can meet the requirments of engineering application indicators, this paper establishes a radiator collector ring model, a heat pipe thermal resistance network model, a pseudo wick thermal conduction model, and a fin and radiation unit model. A radiator simulation code using the Modelica language was developed based on the MWORKS platform, and simulation were conducted on different diversion schemes of a two-stage heat pipe type radiator. The research results indicate that the radiator simulation code can perform reasonable caculations on different design schemes. Therefore, the models and modeling methods used in this paper can be used for radiator design and optimization analysis.
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Key words:
- Modelica /
- Radiator /
- Heat pipe /
- Simulation
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图 2 热管的等效传热热阻线路及简化示意图
R1~R11—热阻；Reff—赝芯热阻；Qin—导入热管的热量；Qout—导出热管的热量
Figure 2. Equivalent Heat Transfer Thermal Resistance Circuit and Simplified Diagram of Heat Pipe
图 3 辐射单元及散热示意图
Qi1~Qi4—不同位置导出的热量
Figure 3. Schematic Diagram of Radiation Unit and Heat Dissipation
图 6 不同分流比下的集流环温度分布
Figure 6. Temperature Distribution of the Collector Ring under Different Diversion Ratios
图 7 不同分流比下的热管散热量
Figure 7. Heat Dissipation of Heat Pipes under Different Diversion Ratios
表 1 材料、结构和边界条件
Table 1. Materials, Structures, and Boundary Conditions
管壁和吸液芯材料 不锈钢 翅片材料 铜 工质 钾 翅片长度/m 0.50 热管长度/m 0.6（蒸发段0.1+冷凝段0.5） 翅片厚度/m 4×10–4 热管外径/m 0.017 上集流环热管面平均角系数 0.1559、0.0913 热管壁厚/m 4×10–4 下集流环热管面平均角系数 0.4811、0.2946 相邻热管间距/m 0.028 外部环境温度/K 180 
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表 2 进出口温降和散热量数据结果
Table 2. Results of Inlet and Outlet Temperature Drop and Heat Dissipation Data
分流比 0.45∶0.55 0.56∶0.44 0.59∶0.41 上集流环温降/K 77.71 64.23 61.37 下集流环温降/K 83.11 96.89 101.44 上集流环热管散热量/kW 12.292 12.841 12.962 下集流环热管散热量/kW 19.173 18.336 18.068 上集流环外壁散热量/kW 0.0812 0.0843 0.0850 下集流环外壁散热量/kW 0.0954 0.0916 0.0904
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