Устройство для моделирования температурных полей жилых и производственных помещений

, ,"1 "бйИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ СЬюз Советски)тСоциалистическихРеспублик идетельства3 ависи от авт. Заявлено 021971 ( 1629871,18-24) Кл, 6 06 7 исоединением заявкиГосударственный комитеСовета Министров СССРла делам изобретенийи открытий ПриоритетОпубликовано 21,Ч.1973. БюллетеньДата опубликования описания 1 б,.1974 УДК 681.333 (088.8 Авторыизобретения Ф. Жеребятьев и Я, Д. Пекер й университет им, С. М, Кирова ьянов,аявите азахскии государстве УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ ЖИЛЫХ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ Изобретение относится к области аналоговых вычислительных машин, используемых для расчета температурных полей в жилых и производственных помещениях.Тепловой режим помещения определяется изменением потоков тепла через внутренние и наружные ограждения, наличием отопительных и вентиляционных систем, геометрией ограждений и т. п. В общем случае задача сводится к решению системы интегро-дифференциальных уравнений. Если пренебречь отраженным с поверхности лучистым потоком, а учитывать только собственное излучение, полагая, что эффективное излучение с поверхности равно собственному излучению, и принять средние значения коэффициентов облученности и конвективного теплообмена, то математическая формулировка задачи упрощается.Полученную систему нелинейных дифференциальных уравнений можно проинтегрировать одним из приближенных методов, например конечноразностным. Однако вследствие значительного числа параметров, многие из которых изменяются со временем, и громоздкости вычислений решение системы разностных уравнений, аппроксимирующих исходную краевую задачу, оказывается не эффективным без привлечения средств вычислительной техники. Использование ЭЦВМ в этих случаях не всегда эффективно вследствие трудностипрограммирования логически сложных алгоритмов и необходимости хранения большогочисла промежуточной информации, Обычцо5 для инженерных расчетов, когда псходнысданные задаются с небольшой точностью, экономически целссообразнсс использовать моделирующие устройства, сочетающие в ссбспростоту конструкции и обслуживания и нс10 требующие от оператора специальной матсматической подготовки,Известны устройства, прсдназначснныс длярасчета температурных полей в отдельныхограждениях помещения, состоягцис из рзистивных элементов, Однако применснцс такого типа устройств не позволяет рассчитыватьтемпературные поля во всем помещении одновременно с учетом различных факторов,Предложенное устройство - статическийэлектроинтегратор служит для расчета температурных полей в промышленных и жилыхпомещениях с учетом переноса тепла конвскцией, теплопроводностью и излучением, имеющих произвольное число ограждений.Предложенное устройство отличается тем,что в нем арифметические блоки элементоввыполнены в виде регулируемых резисторовпо числу ограждений помещения, подключены к параллельно соединенным резисторам,30 моделирующим внутренние тепловыделения в60 1%( (блок ) 1) 65 помещении, резисторам, моделирующим лучистый теплообмен между ограждениями помещений, и резисторам, моделирующим конвентивный теплообмен, выходы арифметических блоков элементов соединены с делителем напряжения, выполненным в виде плоского листа электропроводящего материала, на котором нанесены в виде графиков начальные распределения функции,Уравнение теплового баланса в отдельном помещении записывается в следующем виде:( лс + 1 СрУ) Я (1) + Я )ф (1) где Г - объем помещения, т - масса предметов, находящихся в помещении, с - удельная теплосмкость, р плотность, Я) - суммарная величина теплопоступлсний (прямая и диффузионная радиация, прошедшие через остекление, от освещения, присутствия людей, инфильтрации воздуха и т. п.), Як к (1) - тсплопоступлсния от внутренних и паружнлых ограждений.В уравнении (1) неизвестными являются температура воздуха внутри помещсния Ун) и температуры на внутренних поверхностях ограждения (Х=О) (.1 о) (1) К=1, 2, ,М, где М - число ограждений.Величины с(0 (1) находятся из решсния уравнения теплопроводности:дФ) (х, ) дгсх,=а. (2)дхг1) О, О(х(1,1=1, 2 - число составных частей 1-го ограждения. Граничные условия для уравнения (2) записываются с учетом радиационно. го и конвективного переноса тепла,К внутренним ограждениям относятся тс, в отношении которых можно предположить с достаточным приближением существование одинаковых средних температур по обеим их сторонам (в соседних помещениях поддерживается такой же тепловой режим), тогда1;на поверхности х= в(-го внутреннего огграждения имеет место условие симметрии;)=О,х=12,дхПолученная система дифференциальных уравнений записывается в конечно-разностной форме по трехточечной неявной схеме. Г 1 рсдлагаемое устройство для решения системы уравнения температурного поля в жилых н промышленных помещениях основано на методе аналогий.Принципиальная электрическая схема устройства приведена на чертеже для случая трсх ограждений =1, 2, 3), Цепочки резисторов(з) (з)РЛз,з (блок 1 Г Ш)являются арифметическими элсмснтами для решения разностных уравнений, описывающих температурные поля в ограждениях, Число их определяется количеством ограждений в помегцении и может быть при необходимости увеличено нли уменьшено. Переменныс резисторы Я.,), й,(2), Я(3) служат для учета внутренних тепловыделспий в помещеии и подкл)очаются соотвстствсппо в узлы О арифметических блоков И, К 11, Я 11(.(1 - 2) (1 3) (2-3)Резисторы Я , Кун, ,у являются аналогами тепловых сопротивлений лучистому теплообмену между поверхностями)(2) (Х=О) ОГРажДЕНИЙ; РСЗИСТОРЫ Лконг Йкон ф Ион учитывают тепловые сопротивления (з)ко н вскт ив ном у теп лообм сн у между нове рхностями (Х=О) ограждений и воздухом внутри помещения. Изменение теплосодсржания в помещении за счет инфильтрации воздуха осуществляется введением в узел У 1 дополнительного тока через резистор Я,) тепло емкость воздуха и предметов, находящихся в помещении, учитывастся подключением в узел У 1 резистора йо. Величины резисторов в схеме на чертеже находятся из сравнения урав. нений, описывающих распределение потенУциалов (к= в ; Ъо - напряжение питания1 оделителя д) в узлах элсктричсской схемы, с соответствующими разностными уравнениями для этих же узловых точек.Для упрощения процесса решения и исключения промежуточных операций, связанных с записью получаемых на каждом временном слое значений температур, в качествс делителя напряжения Й берется плоская однород. ная элсктропроводная срсда достаточно боль. ших размеров (в зависимости от требуемой точности решения). Начальное распределение функции наносится в виде графиков на по верхности срсды (плоского потенциометра), Информация в виде напряжений снимается с помощью подвихкных контактов с гибкими шнурами К (вру иную или автоматически) не. посредственно с графиков. Результат решения с выходов арифметических элементов перено сится в виде графиков нуль-методом на ту же плоскую элсктропроводную среду.Полученные кривые затем используютсядля подачи информации на входы арифметических элементов при получении решения на следующем временном слое и т. д. Предмет изобретенияУстройство для моделирования температурных полей жилых и производственных поме387389 оста в и тел ь Е. Ти мохни Техред Е. Борисова орректор Н, Аук Авдее едакт псное Изд.960 сударственного по делам изоб Москва, Ж, Рказ 36072ЦНИИПИ Типография, пр, Сапунов щений, содержащее делители напряжения, резисторы и арифметические блоки, отличаюиееся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач, повышения быстродействия и упрощения устройства, в нем арифметические блоки, выполненные в виде регулируемых резисторов по числу ограждений помещения, подключены к параллельно соединенным резисторам, моделирующим внутренние тепловыделения помещений, резисторам, мо. делирующим лучистый теплообмен, и резисго. рам, моделирующим конвективный тсплооб. мен между ограждениями помещений, выход каждого арифметического блока соединен с делителем напряжений, выполненным в виде плоского электропроводящсго листа с нанесенными на нем графиками начального распределения функций. Тираж 647омитета Совета Министров СССетений и открытийаушская наб., д, 4/5