Способ электрического моделирования

П И С -А Н - ОБРЕТЕН 3008 юз Соеетски оциалистических РеспубликАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Зависимое от авт. свидетельстваЗаявлено 30.Х.1969 ( 1363425/18-1с присоединением заявкиПриоритет МП и 2722 Комитет оо деламобретений и открыти ДК 551,508.7(0 Бюллетеньпубликовано 07.1 Ч,1 и Сосете Министр СССРДата опубликования описания 26.Ч.1971 Автор зобретения. И.фр тейн Заявител СПОСОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯЖНОСТНОГО СОСТОЯНИЯ КАПИЛЯРНО-ПОРИСТЪХМАТЕРИАЛОВ И КОНСТРУКЦИЙ 25= ЯК е 0 1Изобретение относится к области электрического моделирования процессов влагопереноса (увлажнения и сушки) капиллярно-пористых материалов и конструкций и может быть использовано для измерения влагосодержания этих материалов на специально созданных моделях (в электрическом подобии).Известны способы электрического моделирования различных теплофизических состояний, например установления тепловых полей в конструкциях, путем создания условий подобия электрического и моделируемого процессов. На этом принципе построены различные электрические интеграторы и электрические сеточные модели.Однако известные способы не позволяют моделировать влажностное состояние капиллярно-пористых материалов, так как в них не найдены аналогии электрических процессов и процессов миграции влаги.В предлагаемом способе указанный недостаток устранен тем, что, с целью получения электрических аналогий процессов увлажнения-сушки материалов и процессов заряда- разряда конденсаторов, геометрическую емкость электродов конденсатора устанавливают пропорционально структурной емкости материала, диэлектрическую проницаемость диэлектрика конденсатора устанавливают пропорционально увлажняемости материала в реальных условиях, и, прикладывая кэлектродам конденсатора напряжения, пропорциональные различным значениям потенциала 5 массопереноса в реальных условиях, определяют заряд конденсатора, являющийся в электрическом подобии мерой влажности в моделируемых условиях.Предпосылкой для создания электрической 10 модели исследуемого капиллярно-пористоготела может служить установление аналогий между процессами увлажнения и какими-либо электрическими цроцессами.С этой точки зрения значение имеет теоре тическое представление влажностного состояния капиляярно-пористых тел путем анализа распределения молекул воды (сорбата) в поле исследуемого тела (сорбента).Согласно этой теории энергетический уро вень молекул воды в поле сорбционных силкапиллярно-пористых материалов, а также их сорбционная активность и удельное влагосодержание характеризуются емкостью поля сорбционных сил Я - структурная емкость капилля пористого тела,тр - относительное давление пара в в материале,(2) 15 го Ь - -С, 5 - э Со, КУт зо 35 40 О=ЯТ 1 п" К - коэффициент, характеризующий изменение взаимодействия между молекулами сорбента, а также взаимодействие последних между собой, т. е. изменение емкости поля сорбционных сил с изменением уровня энергии распределения(давления паров воды).Если сравнить формулу (1) с известной формулой емкости электрического конденсатора С, в поле которого помещен материал с диэлектрической проницаемостью е,С = вСО,где Со - геометрическая емкость конденсатора (в вакууме), но нетрудно заметить аналогию, показывающую соответствие следующих величин: т. е. в совершенно различных процессах увлажнения и заряда конденсатора емкость поля сорбционных сил Ь конкретного материала со структурной (геометрической) емкостью 5 и свойствами, характеризуемыми коэффициентом Кщ, аналогична электрической емкости конденсатора С с геометрической емкостью С и конкретным диэлектриком, характеризуемым в.Таким образом, капиллярно-пористый материал может быть промоделирован конденсатором, причем увлажняемости материала Кщ будет соответствовать поляризуемость диэлектрика в этого конденсатора.Продолжая дальнейшее установление аналогий путем сравнения физического смысла величин двух рассматриваемых процессов, можно установить, что влагосодержанию материала Т будет соответствовать заряд д конденсатора, а потенциалу массопереноса где Л - универсальная газовая постоянная,Т в температу Е,будет соответствовать напряжение У наэлектродах конденсаторов.Действительно, повышение напряжения Уна электродах конденсатора ведет к увеличению накопленного в нем заряда О, аналогично тому, как повышение потенциала массопереноса 0 ведет к увеличению влагосодержания % тела. При параллельном электрическом соединении двух конденсаторов с емкостями С и С, имеющих разный заряд д, идг и различные напряжения У, и У, происходит перенос электричества до выравнивания напряжения на их электродах У,= О = У и перераспределение зарядов доРзначений д и дя пропорционально емкостям. 45 5 О 55 60 65 Заряд конденсатора связан с его емкостьюи напряжением соотношением Для двух рассматриваемых конденсаторов, включенных параллельно, их заряды соответственно равныо, =С,и, (5) Аналогично этому на границе двух тел с различным потенциалом массопереноса О и О, имеющих различное влагосодержание К, и Уъ происходит перенос массы до выравнивания потенциала массопереноса О, = 0=0 и перераспределение влагосодержаний до значений Ю, и и пропорционально емкостям полей сорбционных сил этих тел Ь и Ь, т. е. подобие рассматриваемых процессов позволяет записать Приведенные выше сопоставления позволяют сделать вывод о том, что процессы увлажнения и сушки, в особенности многослойных сооружений и конструкций, могут быть промоделированы соответствующими электрическими цепями, набранными из конденсаторов регулируемой емкости. При этом емкость конденсаторов должна меняться двояким пу- тем - изменением его геометрических размеров (С,) и изменением диэлектрической проницаемости диэлектрика (С. ), т. е.С=(СС. ),Такие конденсаторы дадут возможность создавать электрические модели различных материалов (устанавливая С пропорционально 5) при различных окружающих условиях (задавая в пропорциональное Кт ). Значения 5 и К для многих капиллярно-пористых материалов уже получены экспериментальным путем.По аналогии с известными гидроинтеграторами и электроинтеграторами полученную электрическую модель можно назвать С-ин тегратором.Задание граничных влажностных режимов должно производиться путем подачи соответствующего напряжения на конденсаторы, обеспечивающие их заряд, величина которого должна быть пропорциональна задаваемому в данном слое влагосодержанию (с любым характером изменения). Последующее измерение зарядов всех конденсаторов после их перераспределения представит в электрическом подобии конечный результат установившихся влагосодержаний всех слоев (после окончания процессов массопереноса).Заказ 1321/5 Изд, Юе 590 Тираж 473 ПодписноеЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий прп Совете Министров СССР Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Типография, пр. Сапунова, 2 Можно также измерять напряжения на конденсаторах и, зная их емкость, вычислять заряд по формуле (5),Предлагаемый способ дает возможность за короткий промежуток времени представить в электрическом подобии самые сложные процессы увлажнения и сушки. Предмет изобретенияСпособ электрического моделирования влажности ого состояния капилляр но-пористых материалов и конструкций путем создания условий подобия электрического и моделируемого процессов, отличающийся тем, что, с целью получения электрических аналогий процессов увлажнения-сушки материалов и процессов заряда-разряда конденсатора, геометрическую емкость электродов конденсатора устанавливают пропорционально 5 структурной емкости материала, диэлектрическую проницаемость диэлектрика конденсатора устанавливают пропорционально увлажняемости материала в реальных условиях, и, прикладывая к электродам конденсато ра напряжения, пропорциональные различным значениям потенциала массопереноса в реальных условиях, определяют заряд конденсатора, являющийся в электрическом подобии мерой влажности материала в модели руемых условиях.