Устройство для моделирования процесса распространения температурных полей в плоских и осесимметричных телах

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ с(71) Одесский институт инженеров морского флота(56) Волынский Б. А. и др. Модели для решения краевых задач. М.: Физматгиз, 1960, с. "3.Эйгенсон Л. С. Моделирование. Советская наука, 1952, с. 267 в 2, рис. 30 - 31. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА РАСПРОСТРАНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ В ПЛОСКИХ И ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ТЕЛАХ, содержащее источники верхних и нижних температур, к которым присоединены границы модели реального тела, выполненной из теплоемкого и теплопроводного материала и две группы термопар, которые прикреплены соответственно к корпусу источника верхних температур вдоль границы модели реального тела и к самой модели реального тела в характерных для моделируемого температурного поля точках, выводы термопар подсоединены к соответствующим входам блока регистрации, отличающееся тем, что, с целью упрощения процесса моделирования, оно содержит два термических сопротивленияЯО, 1188763 л нагревательных элементов и л регулируемых источников питания, модель реального тела выполнена в виде плоской пластины, конфигурация которой геометрически подобна поперечному сечению реального тела, источник верхних температур выполнен в виде двух металлических половин корпуса прямоугольной формы, одни из торцов которых соединены между собой шарнирно в одной из половин корпуса источника верхних температур расположены электронагревательные элементы, подключенные к выходам соответствующих регулируемых источников питания, термические сопротивления выполнены в виде пластины из полоскового материала, пластина первого из термических сопротивлений имеет поперечные вырезы и соединена одной из продольныхсторон с одной из границ модели реального тела, а ее другая продольная сторона расположена между половинами корпуса источника верхних температур, пластина второго термического сопротивления соединена одной из сторон с другой границей модели й реального тела, а ее другая сторона загнута по отношению к основной части на 90, в источник низких температур выполнен в виде продольной ванны с охлаждающей жидкостью, в которую погружена загнутая сторона пластины второго термического сопротив- ОО ления.Ьдгх + г аг + дь аягдг где О - безразмерная температура;Гн - время;г - радиус втулки;г, 2 и т - соответственно относительные радиус, координата и время, с граничными условиямиг г(1 9 ), д 9Лн дйкохгн 9 д 9 аЛн х дйТг - Тгде 9=Оь 02 - безразмерные температуры стенки со стороны газа и охлажденияаг, а, - коэффициенты теплоотдачи отгаза к стенке и от стенки в охлаждающую среду;, - коэффициент теплопроводностиматериала модели;Т - температура;дг= - ; Х= - ; т= -г гн нВ модели тела, изготовленной в виде плоской пластины 1 (фиг, 1) из теплоемкого и теплопроводного материала, геометрически подобной по очертаниям поперечному сечению натурного тела, температурное поле го опишется тем же уравнением Фурье в безразмерной форме, кроме критерия Фурье в и авой части Рг0 а(индекс М - модель, а - коэффициент температуропроводности).Граничные условия при подводе тепла к модели через термические сопротивления 2 и 3 (фиг. 1) пластин из того же полоскового материала, из которого изготовлена модель, запишутся в безразмерном виде так:- (1 - 9)= -ги Ь д 9Ъ ,о дгги Ь г д ОЮ ь 20 дй где 1, 1 - длины пластин термических сопротивлений соответственно состороны газа и охлаждения;Ь 1 - ширин участка термического сопротивления 2;Ь - ширина выреза в области 4(фиг. 1) термического сопротивления 2; Изобретение относится к моделированию температурных полей в деталях тепловых машин и аппаратов.Цель изобретения - упрощение процесса моделирования,На фиг. 1 показана конструкция устройства; на фиг, 2 - разрез А-А на фиг. 1, модель цилиндровой втулки с термическими сопротивлениями для задани я граничных условий.Температурное поле в натурном осесимметричном теле описывается уравнением Фурье (индекс н - натура).д 9 1 дО де гн дботкуда получают масштаб времени моделим ан гнГ, н г- = - ( - ")и степень дискретности подвода тепла на гра- ницах 10 15 Ь гн агг, Ъо 1 Хн Ъг гн а,г 20 Модель, например, цилиндровой втулки с граничными условиями показана на фиг, 2. Термическое сопротивление теплопередачи от газа к стенке должно быть в соответствии с теорией теплообмена наименьшим вверху и наибольшим в нижней части втулки и граница области 4 должна быть криволинейной, Для удобства процедуры моделирования границу термического сопротивления 2 следует делать прямолинейной, что достигается вырезами 5 в области 4. Аналогично выполняется и термическое сопротивление 3 со стороны охлаждения, моделирующее теплоотдачу в охлаждаюшую среду.Термические сопротивления 2 и 3 должны иметь минимальную теплоемкость для уменьшения погрешности моделирования, что достигается вырезами либо выполнением их из материала меньшей толщины, чем материал модели, либо применением материала с низкой удельной теплоемкостью и низким коэффициентом теплопроводности. На границы термических сопротивлений 2 и 3 подключаются температурные потенциалы, рассчитываемые согласно теории теплообмена. Разность потенциалов (температур) на границах 6 и 7 термических сопротивлений 2 и 3 принимается за 1 ООЯ. Абсолютное значение температур выбирается исходя из погрешности регистрирующей аппаратуры, подключаемой к термопарам, спаи которых прикрепляются (привариваются) к поперечному сечению модели в необходимых для исследования точках. В проведенных опытах, например, максимальная температура (100 Я потенциала) устанавливалась 220 С, а минимальная (ОЯ потенциал) составляла 20 С. Измерение и запись температур осуществлялись блоком регистрации, в частности, электронным автоматическим прибором типа ЭПП. Пересчет температур модели на натуру производится аналогично методу, принятому в электромоделировании. 25 30 35 40 45 50 55 Ь 2 - ширины участков термическогосопротивления 3 (на фиг. 1 непоказаны),Сравнивая уравнения натуры и модели,получают следуюшие критерии тепловогомоделирования:гй ги, г гн ги Ъ . х,ох гнги Ъханн = анти Лн 1 Ъ,0 Лн ЪЪ 2,0гз7 Составитель Л. Маслов Редактор В. Ковтун Техред И. Верес Корректор Е. Рошко Заказ 6747/52 Тираж 709 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4Устройство для реализации потенциалов на границах термических сопротивлений газ - тело состоит из ряда нагревательных элементов 8, имеющих раздельное питание и регулировку. Питание нагревателей производится, например, переменным током от сети с напряжением 220 В. Регулирование мощности нагревателей осуществляется трансформаторами 9, например, типа РНО 250-5.Источник верхних температур (нагреватель) представляет собой две половины 10 металлического корпуса прямоугольной формы, одни из торцов которых соединены между собой шарнирно посредством штанг 11. В одной из половин корпуса расположены электронагревательные элементы 8, например спирали, намотанные на фарфоровый стержень 12 в электрической изоляции. Наружная поверхность корпусов нагревательных элементов 8 покрывается слоем тепловой изоляции 13. Для плотного прилегания границы 6 области 4 модели к горячей поверхности половин 10 корпуса нагревателя без воздушных зазоров предусматривается специальное нажимное устройство (на фиг, 2 не показано). Реализация граничных условий со стороны охлаждения достигается загибом пластины термического сопротивления 3 на 90 и установкой границы 7 в ванну 14 с охлаждающей жидкостью, например с проточной водой, Для уменьшения потерь тепла в окружающую среду модель с обеих сторон покрывается тепловой изоляцией (не показана).Между металлическими половинами кор пуса и штангами 11, используемыми для ихшарнирного соединения, имеется теплоизоляцион на я п рослойка 15.Для контроля верхних температур в устройстве предусмотрена группа термопар 171 - 17 укрепленных на корпусе источника 5 верхних температур по линии 6 пластинытермического сопротивления 2 вдоль границы модели реального тела 1. Другая группа термопар 181 - 18, укреплена на самой модели реального тела 1 в характерных для мо делируемого поля точках. Выводы термопар17 - 17 и 18 - 18 п подсоединены к соответствующим входам блока регистрации 19, например, типа ЭПП.