Способ электрического моделирования вентиляционных и гидравлических сетей и устройство для его осуществления

/ОПИС Е ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ои 714424 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 03,05,77 (21) 2482551/18 - 24с присоединением заявки Лв(51)М. Кл. 6 06 6 7/50 1 Ъеударстеенный квинтет СССР де делам нзебретеннй(54) СПОСОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ И ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СЕТЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯдщ+ (-")ц 1.1 ю Изобретение относится к области аэродинамики и может быть использовано для проектирования и исследования стационарных процессов в вентиляционных и гидравлических сетях горного, металлургического, химического и других производств народного хозяйства,5Известен способ электрического моделирования вектиляциокных и гидравлических сетей на линейных элементах с использованием итерационкого метода подбора сопротивлений и внесения поправок согласно уравнению повто- рения где т - номер повторения,35г - омическое сопротивление (11Методика работы по известному способу состоит в следующем.Ориентировочно задаются распределением воздуха в каждой ветви системы "0 о" и вычисляют соответствующие им омнческие сопро. тквлення го = с 0 о Конкретное значение распределения расхода воздуха, отнесенное ксоответствуюгцему вентиляционному пути, устанавливается на одной из шкал сопротивлений, из которых будет состоять электрическая цепь, То же делается в отношении всех других вентиляционных путей системы.Сопротивления, принятые к работе, затем соединяют так, чтобы они воспроизвели иссле. дуемую вентиляционную систему, т,е. выполняется требование геометрического подобия модели и натуры. Подают напряжение, соответствующее депрессии, развиваемой вентилятором, работающимка данную систему, и измеряют ток в каждом из сопротивлений и вычисляют новыезначения омнческих сопротивлений "г 1" изуравнения г, = - (го + с 0,). Затем на элек 2трнческих сопротивлениях устанавливают найденные значения "г,".Измеряют новые значения величины токаи вычисляют г= - (г, + с 0). Полученные2значения г устанавливают на шкалах сопро.тнвлекий. Продолжают применять соотношение из2уи с 0 п ) покастановится практически постоянным.(61 Э 7Измеренные затем токи, соответствующие расходам воздуха, являются решением поставленной задачи.Описанный способ обладает целым рядом недостатков, наиболее существенными из которых является значительная трудоемкость предварительной работы в процессе осуществления способа по, последовательному приближению нелинейности движения среды к линейной электрической цепи сопротивлений и недостаточная точность моделирования. Наиболее близким по технической сущностик предложенному изобретению является способэлектрического моделирования вентиляционныхи гидравлических сетей на линейных электрических элементах, при котором соблюдаюттопологическое подобие сети и модели по переходным масштабным коэффициентам так, чтоточки разветвления моделируемой сети соответ-.ствуют узлам электрической модели и по значениям напряжений между узлами модели судято перепаде давлений на отдельных участкахмоделируемой сети 12.Способ осуществляют устройством для злек.трического моделирования вентиляционныхи гидравлических сетей, содержащим источникипитания с делителем напряжения .и резисторыв ветвях модели, между узлами которых включены измерители напряжения,Недостатком известного способа являетсямалая точность.Цель изобретения - повышение точностимоделирования,укаэанная цель достигается тел, что изменяют потенциалы каждого узла электрической;модели и устанавлйвают в ветвях в соответствии с первым законом Кирхгофа баланс расчетных значений токов, равных корню п.ойстепени из действительныхзначений токов вветвях и по их величине в каждой ветвимодели судят о расходе воздуха или жидкости.Такой способ осуществляется устройствомдля электрического моделирования вентичяционных и гидравлических сетей, в котором. каж.дый узел модели соединен скользящим контактом с делителем напряжения, а в каждуюветвь модели последовательно с резисторомвключен измеритель тока, шкала которогопроградуирована, как корень и-ой степени иззначения тока.Кроме того, каждый узел модели можетбыть соединен с источником питания с регулируемым напряжением.На фиг. 1"показана схема участка вентиляционных сетей; на фиг. 2 - принципиальнаясхема электрической модели участка, представленного на фиг. 1; на фиг. 3-приведена схемапараллельного"соединения вентиляционной сети 4и принципиальная схема ее электрической мо.дени, на фиг. 4 - представлена схема вентиляционной сети с диагональным соединениеми принципиальная схема ее электрической модели,Математическое обоснование способа электрического моделирования проведем на примереучастка вентиляционной сети, представленногона фиг, 1,О Потери напора по любому участку вентиля 1 ционной сети связаны с расходом воздуха следующей зависимостью11= РО", (27где Н - потери напора по какому-либо участку5 сети,В - аэродинамическое сопротивление участ.ка,О - расход воздуха в единицу времени.Значение показателя степени "и " при тур 20 булентном движении воздуха в сети находитсяв пределах 1,75 - 2,2. В настоящее время припроектировании и эксплуатации сетей с достаточной точностью "и" принимают равным 2,Тогда потеря напора оказывается пропор.циональной квадрату расхода текущего, т.е,11-РЦ 2За аналог давления "Н" принято напрчжение "О" на концах цепи,30 11 н ф(4)где "гп," - масштабный коэффициент давления.За аналог аэродинамического сопротивленияВпри квадратичном законе движениясреды принято электрическое (омическое) сопротивление цепи "В."К =ГтК. Я)где "е" - масштабный коэффициент сопротивления,За аналог величины расхода воздуха "0"через данный участок сети принята величина"3 ", определяемая1 ц -.З45где- действующее значение тока, протекающего по данному участку цепи.Тогда ц - тйц(7)где в - масштабный коэффициент расходаОвоздуха,Напряжение на концах цепи определится1следующим образом:13=Я 3 (ВПодставив в формулу (7) выражение (б),получим результат, аналогичный уравнению (3)0=йД (ИПодставив в (3) значение параметров черезмасштабные коэффициенты и имея ввиду7144 О 1 13 5 10 уравнение (%, получим соотношение междумасштабными коэффициентами:г" Н1 ПэхТаким образом, введение величины "3как аналога расхода воздуха "0" дает возможность сравнительно просто смоделировать налинейных сопротивленияхВ " - аналогал9аэродинамических сопротивлений "В ",квадратичную зависимость величины падениядавления "Н",. Моделирование производится следующимобразом. Для каждой 1 -й ветви исследуемойвентиляционной сети известно аэродинамиЧес15кое сопротивление ее Я. Эти величинызаложены при проектировании вентиляционнойсети предприятия, либо указаны в материалахобследования вентиляционной системы (например, по данным депрессионной съемки).20Определяют величину моделирующего линейного сопротивления."К 9 (см. формулу (5)и эту величину для каждой ветви выставляюттолько один разв соответствии с (5),Резисторы, принятые к работе, соединяют25так, чтобы они воспроизводили исследуемуювентиляционную систему, т.е. выполняется.требование топологического подобия аэродинамической сети и электрической модели, причемв каждую ветвь цепи включают измеритель30тока, шкала которого проградуирована в еди-"ницах "3 " - корень "и" степени из действительного значения тока "Д".Каждый узел электрической модели подключают к источникам питания,Изменением потенциалов в узлах цепи мо 35дели устанавливают условие первого законаКирхгофа в каждом узле только для ветвеймодели, как для функции тока "3 ", т,е.тока, принятого за аналог величины расхода - "воздуха в ветви и определяемого по (6), Этоозначает установление баланса возцушныл пото-ков в каждом узле вентиляционной системы.Измеряют напряжение между узлами электрической модели и получают, с учетом масштаб 45ныл коэффициентов, значение падений давления на отдельных участках вентиляционнойсеги, согласно (4), а по величине функции "д(находят расход воздуха в каждом участке,в соот-ветствии с показаниями измерителя тока50(обычно амперметра, проградуированного,например, Д - -д, когда соблюдается квадратичный закон движения среды) и масштабнымикоэффициентами,устройство содержит делитель напряжения д,55резисторы В, которые соединяются в соответствии с топологией сети, источник питания Е,измерители тока А, шкалы которых проградуированы, как корень и-ой степени из значе 246ния тока. Каждый узел цепи модели, соответствующий точке слияния (разветвления) потока моделирующей сети, соединен с подвижным скользящим контактом делителя напряжения Л, который связан с источником питания Е, Между узлами включен вольтметр "У",Значения потенциалов каждого узла задаются при помощи изменения положения полэунов на делителе "Д", сопротивление котороговыбрано таким, чтобы оно не оказвгвало влия.ния на распределение потенциалов в устройстве,Когда на панели собрана электрическаямодель вентиляционной сети, изменяя значенияпотенциалов узловых точек, добиваются выполнения значения потенциалов узловых точек,для каждого узла моделируемых ветвей схемыпервого закона Кирлгофа только для токовмоделируемых ветвей -3 - Я. Это означаетустановление баланса воздушных потоков вреальной вентиляционной сети, С учетом масштабных коэффициентов величина 3 дает раслод воздуха в каждом участке, а величинанапряжений между узлами схемы - падениедавления на отдельных участкал сети.Предложенное устройство для электрического моделирования обладает следующими преимуществами,воэможностью моделированйя любого законедвижения среды на неизмейных", заржее йодготовленныл линейных сопротивлениял, т.е.без подбора ил величин сопротивления, согласно уравнению повторения итерационного способа,большой точностью электрического моделирования, зависящей практически от погрешности измерительныл приборов,так как величины сопротивлений при моделировании устанавлива-,ются один раз и при работе не изменяются.Формула изобретения1, Способ электрического моделирования вентиляционных и гидравлических сетей на ли нейныл электрических элементах, при котором соблюдают топологическое подобие сети и модели по переходным масштабным коэффици. ентам так, чтоточки разветвления моделируемой сети соответствуют узлам электрической модели и по значениям напряжений между узлами модели судят о перепаде давлений.на отдельных участках моделируемой сети, о т. л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности моделирования, изменяют потенциалы каждого узла электрической модели и устанавливают в ветвях в соответствии с первым законом Кирхгофа баланс расчетныхму ЦНИИПИ Заказ 9291 ираж 751 Подписное Патент илиал. Ужгород, ул. Проекпая,4 значений токов, равных корню п.ой лепенииз действительных значений токов в ветвяхи по их величине в каждой ветви модели судят о расходе воздуха или жидкости. 2. Устройство для осуществления способа электрического моделирования вентиляционных и гидравлических сетей на линейных электри. ческих элементах по п. 1, содержащее источники питания с делителем напряжения и резис. торы в ветвяхмодели, между узлами которых включены измерители напряжения, о т л ич а ю щ е е с я тем, что каждый узел модели соединен скользящим контактом с делите. лем напряжения, а в каждую ветвь модели 144248последовательно с резистором включен измеритель тока, шкала которого проградуирована,как корень и-ой степени из значения тока.3, Устройство по п. 2, о т л и ч а ю .щ е е с я тем, что каждый узел модели соединен с источником питания с регулируемымнапряжением.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе10 1. Абрамов Ф. А. и др. Электрическое моделирование вентиляционных сетей угольныхшахт. М., Углетехиздат, 1957, с. 11.2, Абрамов Ф, А. и др. Электрическоемоделирование вентиляционных сетей угольных15 шахт. М., Углетехиздат, 1957, с. 39, 44.