Узловой элемент сеточной модели для решения задач тепломассопереноса

)5 С 06 С.7 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ческий инсти 54) УЗЛОВОДЛЯ РЕШЕНИЯ 57) Иэобр еточ теплом Ференц оиз ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРФ 167627, кп. С 06 С 7/46, 1984,Авторское свидетельство СССРВ 1410069, кл. С 06 С 7/46, 986. й злкмент сеточной иодкли ЗАДАЧ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСАетение относится к аналого- числительной технике, а именно ным моделям для решения задач ссопереноса, описываемых дифальными уравнениями в частных дных, Цель изобретения и повышение точности за счет учета сопряженного теплообмена. Узловой элемеьтсодержит двенадцать ключей 1-12, тринакопительных конденсатора 13-15, раз- .делительный конденсатор 16, масштабный резистор 17, токозадаыщий резистор 18, разделителыый резистор 19 иповторитель 20 напряжения. Из узловыхэлементов синтезируется сеточная модель, топология которой соответствует топологии исследуемого объекта,Учет сопряженного теплообмена производится с помощью пнклического переключения накопительных конденсаторов,Разделительный конденсатор 16 и масштабные резисторы 17 моделируютизотропный перенос в твердой неподвижной среде, накопительные конденсаторы 13-15 моделируют аниэотропныйперенос подвижной средой, 3 ил,Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике, а именнок сеточным моделям для решения задачтепломассопереноса, описываемых дифференциальными уравнениями в частных5производных,Цель изобретения - повышение точности за счет учета сопряженного теплообмена.На фиг,1 представлена функциональная схема, узлового элемента сеточноймодели; на фиг,2 - временная диаграмма сигналов на входах синхронизацииузлового элемента; на фиг,З - таблица соответствия сигналов синхронизации режимам работы узлового элемента (РР - "Рабочий режим", СБ ""Сброс", ЗП - "Запись" ).Узловой элемент сеточной модели 20содержит второй 1, третий 2, четвертый 3, пятый 4, шестой 5, седьмой 6,.восьмой , девятый 8, десятый 9,первый 10, одиннадцатый 11 и двенадцатый 12 ключи, первый 13, второй 14и третий 15 накопительные конденсаторы, разделительный конденсатор 16,масштабный резистор 17, токозадающий 18 и разделительный 19 резисторы,повторитель 20 напряжения, первыи 21 ф ЗОи второй 22 узловые выводы, информационный выход 23, первый 24 ивторой 25 информационные входы, первый 26, второй 27 и третий 28 входысинхронизации, первый 29 и второй 3035входы задания направления движениятеплоносителя, вход 31 задания режимаработы узлового элемента и шину 32питания,Из узловых элементов синтезируется сеточная модель, позволяющая осуществлять решение дифференциальныхуравнений в частнь 1 х производных, описывающих задачи теплопереноса, с учетом сопряженного теплообмена, Для 45синтеза сеточной модели (линейноймодели) необходимо разбить исследуемое пространство по оси Х на элементарные объемы и поставить в соответствие каждому элементу объема узло 50вой элемент сеточной модели, Соединения второго узлового вывода каждого узлового элемента, соответствующего элементу объема с меньшимзначением координаты Х, и первогоузлового вывода элемента, соответ 55ствующему следующему в направленииувеличения координаты Х элементу объема, образуют узлы сеточной модели, Элемент работает следующим образом,Узловой элемент позволяет решатьзадачи с сопряженным процессом теплообмена, например моделировать охлаждение потоком теплоносителя неподвижного тела либо пористого тела,внутри неподвижного твердого тела перенос тепла осуществляется за счеттеплопроводности, в подвижном элементе объема. теплоносителя - тепломассопереносом, на границе сопряженияэтих процессов вводятся условия теплообмена, Уравнения для описаниятакого сопряженного теплообмена имеют вид дО, 3- = л-р(О - д)(1) д, д С- =(Я-б ) - С о 3 - О Г. 1 2 22, О 82 - температуры соответственно неподвижной и подвижной моделируемыхсред; где Информационный вход 24 каждого из элементов подключается к информационному выходу 23 соседнего (в нап. - равлении уменьшения координаты Х) элемента, информационный вход 25 подключается к выходу 23 узлового элемента, соседнего в направлении уве - личения координаты Х. Одноименные входы 26-28 синхронизации всех узловых элементов объединяются, и на них с помощью типовых средств подаются сигналы в соответствии с временной диаграммой представленной на фиг,2,Одноименные входы 29 и 30 всех элементов объединяются и служат для задания направления движения теплоносителя, объединенные входы 31 ис- . пользуются для задания режима работы сеточной модели (например, для задания режима учета сопряженного тепло- обмена), Регистрация результатов решения задач тепломассопереноса осуществляется стандартными аналоговыми регистраторами, входами подключаемых к узлам сеточной модели, Задание начальных и граничных условий осуществляется величинами напряжений ( или токов ), подаваемых в соответствующие узлы сеточной модели.После установления значения сопротивлений и емкостей резисторов и кон 1денсаторов узловых элементов сеточной модели, задания граничных и начальных условий на входы 26-28 синхронизации поступают прямоугольные импульсы н соответствии с диаграммойпредставленной на фиг,2.В первый период времени на вход 26 1 Оподается прямоугольный импульс, длитепьность которого определяется изуфовин решаемой задачи (ЛГ = дХ/К ),п 1 и этом сигнал подается на упранлярацие входы ключей 1, 5 и 9 и замыкает их, накопительный конденсатор13 через резистор 19 подключен н узловую точку - "Рабочий режим", накопительный конденсатор 14 подключенк шррне нулевого потенциала "накопительный конденсатор 15 черезповторитель 20 напряжения и один изкЛючей 11 или 12 подключен к выходу23 одного из двух соседних вычислительных узлов "Запись" (" Слежение" ), 25Бо второй период времени на вход27 подается прямоугольррьрй импульс,ири этом сигнал подается на управляющие входы ключей 2, 6 и 7 и замнкаер 1 их, и при этом накопительррьрй конденсатор 13 переводится н режим"Сброс", накопительный конденсатор14 - в 1 Запись", а накопительныйконденсатор 15 после зарядки до потбнциала н соседней узловой точкеподключается к своей узловой точке н"Рабочий режим".В третий период времени сигнал подается на вход 28 и поступает на входы ключей 3,4 и 8 и замыкает их, при 4 Оэтом накопительный конденсатор 13 переводится в режим "Запись", накопи -тельньрй конденсатор 14 - и "Рабочий11рЕжим , накопительный конденсатор15 - в режим "Сброс",45Эти цикрры коммутации накопитель -ных конденсаторон периодически повторяются и таким образом осуществляется перенос электрических зарядовородной узловой точки к другой,имитируя, таким образом, перенос моделируемой субстанции,Если моделируется теплоперенос вэлементе объема, когда тепло переносится внутри этого объема за счетиэотропных и анизотропннх процессовтепломассопереноса, то разделительрпррй конденсатор 16, на котором моделируется изотропная составляющая процесса переноса, и накопительные конденс.аторы, на которых моделирует - ся анизотропная составляющая процесса переноса, подключены непосредственно между собой и, таким образом, моделируются процессы теплопереноса н этом элементе объема Если анизотропная составляющая ранна нулро 1 один из накопительных конденсаторов подключен к разделительному конденсатору и моделируется изотроиннй перенос посредством масштабррьрх резисторов 17 и узлоной элемент в этом слу - чае подобен вычислительнолру узлу обычного сеточного процессора. Если же теплоперенос осуществляется за счет только анизотропной составляющей, то перенос тепла моделируется переключением накопительных конденсаторов 13-15. Г 1 ри этом и каждый из периодов времени Л р., равный времени прохождения элементом подвижной среды расстояния одного элементарного участка тракта переноса, один из накопительных конденсаторов имитирует аккумулирование телла в элементарном объеме подвижной среды (1 Рабочий режим" ), второй накопительный конденсатор в это время отслеживает за изменением заряда на первом накоиительном конденсаторе, имитируя при этом подготовку начальных условий для следуюрцего временного шага (режим слежения - Запись ), третий накопительный конденсатор - разряжается и таким образом производится его подготовка к режиму слежения (1 Сброс"),Таким образом, предлагаемый узловой элемент сеточной модели позволяет моделировать процессы либо изотропного, либо арнрзотроиного 1 либо совместного (того или другого) переносон в элементе объема однородной (однофазной 7 среды, Наличие разделительного резистора в таком вычислительном узле поз воля ет иовы сить точность за счет учета сопряженного теплообмена, причем можно моделировать процессы теплопереносанеоднородной (двухфазной) среде, ири этом, например, разделительньрй конденсатор 16 и резисторы 17 моделируют изотропжррр перенос н твердой неподвижной среде, я накопительные коррден" саторн 13 - 15 - анизотропрый перенос жидкой подвижной средой (субстанцией)на границе раздела этих сред су15629 ществуют определенные законы энерго" обмена (теплообмена), которые через коэффициенты теплопередачи реализуются на разделительном резисторе 19,формула изобретенияУзловой элемент сеточной модели для решения задач тепломассопереноса, содержащий разделительный конденсатор, первый и второй накопительные конден саторы, масштабный резистор, токо- задающий резистор и с первого по двенадцатый ключи, причем первый вывод масштабного резистора является первым узловым выводом узлового элемента, вторым узловым выводом которого являются объединенные второй вывод мас штабного резистора, информационный вход первого ключа, первая обкладка разделительного конденсатора и первый вывод токозадающего резистора, второй вывод которого соединен с 25 шиной питания, вторая обкладка разделительного конденсатора и первые обкладки первого и второго накопительных конденсаторов подключены к шине нулевого потенциала, вторые обкладки Зр первого и второго накопительных конденсаторов подключены к выходам второго, третьего, четвертого и пятого, шестого, седьмого ключей соответственно информационные входы третьего35 и шестого ключей подключены к шине нулевого потенциала, управляющие входы второго, третьего и четвертого ключей являются первым, вторым и третьим входами синхронизации узлово О го элемента, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точнос 42ти за счет учета сопряженного тепло- обмена, он содержит повторитель напряжения, разделительный резистор и третий накопительный конденсатор, первая обкладка которого подключена к шине нулевого потенциала, а вторая соединена с выходами восьмого, девятого и десятого ключей, выход первого ключа, соединенный с первым выводом разделительного резистора и с информационными входами второго, пятого и восьмого ключей, является информационным выходом узлового элемента, входом задания режима работ которого является управляющий вход первого ключа, второй вывод разделительного резистора подключен к первой обкладке разделительного конденсатора, информационный вход девятого ключа подключен к шине нулевого потенциала, информационные входы четвертого, седьмого и десятого ключей соединены с выходом повторителя напряжения, вход которого соединен с выходами оциннадцатого и двенадцатого ключейь информационные входы которых являются первым и вторым информационными входами узлового. элемента, первым и вторым входами задания налравления движения теплоносителя которого являются управляющие входы одиннадцатого и двенадцатого ключей, управляющие входы шестого и десятого ключей подключены к первому входу синхронизации узлового элемента, управлякщие входы седьмого и восьмого ключей - к второму входу синхронизации узлового элемента, к третьему входу синхронизации которого подключены управляющие входы пятого и девятого ключей1562942 ор Т,малец Подп Тираж 55 106 БТ ССС суд инат "Патент" г. Ужгород, ул. Гагарина, 10 ательскии иэводственно Составитель П,Борицкийедактор Н,Рогулич Техред Л.Сердюкова К енного комитета по изобретениям13035, Москва, Ж, Раушская на нсноеотгрытиям прид, /5