Устройство для электрического моделирования нелинейной теплопроводности установившихся тепловых процессов

(61) Дополн (22) Заявлен с присоедин (23) Приори ьное к авт,) М. Кл,з б 06 б 7/48 08,73 (21) 195573 нем заявкиосударстаенный иамитеСовета Министров СССРоо делам изобретенийи открытий етень81. 333 088. 8)(72) Авторы изобретения ут азскии горномета н ски) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСК НЕЛИНЕЙНОЙ ТЕПЛОПРОВОДНОС ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОГО МОДЕЛИРОВАНИ ТИ УСТАНОВИВШИХС Изобретение относится к области моделирования тепловых процессов и может быть использовано для ттроектированря и исследования стационарных тепловых процессов теплопроводности теплотехнических устройств 5 путем сеточного моделирования.Известны Щ, 2 моделитеплэвыхпрэцессэв,выпэлненные на линейных электрических резисторах,в кэтэрых или не учитывается изменение коэффициента теплэпрэвэднэсти материа лов устройств при изменении температуры, или учитывается методом последовательнь:х приближений путем подбора термических сопротивлений отдельных участков устройства в соответствии с их температурой, причем 15 используются также нелинейные электрические резисторы с подбором их вольт-амперросто исследот тепловоготвах при заданницах ли асне учитывают те плопроводности, сложен и трудоэлектрического я тепловых пропитания с де сложена ан выражения гия ньтх характеристик. Однако эти модели или пературную челинейность т или процесс моделирэвания емок. Известно устройство для моделирования установивших цессов, содержащее источнилителем напряжения и ячейки сеточной моде о зависимых от температуры резисторов с измерителями токов и напряжений,Однако такое устройство не обеспечива ет возможности достаточно пвать распределение температурь потока в термических устройсных температурах на его гра и р пределение температуры при заданных тепловых потоках.11 елью изобретения является упрощение решения этих задач, т.е, упрощение процесса моделирования, Для этого в предложенном устройстве каждый узел сеточной модели соединен скользящим контактом с делителем напряжения, а каждая ячейка сеточной модели содержит, по крайней мере, два параллельных резистора, в цепь каждого из ко торых включен измеритель тока, а между средней точкой одного из резисторов и нулевой шиной источника питания включен измеритель напряжения.В основу моделирования п аломежду математическими ми(г) 50 лт= я "лэ 55 фиг. 1). В не,разветвленной чгсти этого соединения протекает фиктивный поток Фло(Т=,гК , как будет показано в дальнейшем, не влияюший на результаты моделирования, Реальныи тепловой поток следует подсчитывать путем алгебраическогосложения + л н Фнл . Последний определяется путем умножения велиТ - Тчины " на среднюю температу- Рт ру участка Т р, что можно производить на моделируюшем устройстве с помощью измерительньгх приборов. Термическая схема фиг. 1 моделируетсяэлектрической схемой с соответствующимиизмеритеггьными прибораь и (фиг. 2),Аналогом Ф л служит ток Тл,А) через линейное сопротивление гг измеряемый измерителем тока (амперметоом) А,где тгсф - масштабный коэффициент линейной составляющей теплово:-о потока (Вт/А). Аналогом Ф нл слу.жит мощностьнл (Вт, ВА), измеряемая ваттметром, включенным в нижнюю ветвь следующим образом: токовая катуш а (измеритель тока) последовательно с моделируюшиьг резистором катушка напряжения (измеритель напряжения) между точкой схемы, соответствующей нулевой температуре, и отгайкой от середины резис- тора со: гл Ргде гп - масштабный коэффициент неОлинейной составляющей теплового потока г .личина безразмерная).За аналог температуры принят электрический потенциал точки цепи ( ( В). где тгг г - масштабньгй коэффициент температуры (К/В).Аналогом линейного термического сопротивления Кпринято электрическое сопротивление резистора верхней ветви Я л (ОМ)лу где гп- масштабный коэффициент линейклного сопротивления (К-Вт Ом).За аналог дифференциального термического сопротивления Я Ат принято электричес 60 кое с опро . ивление резистора нижней ветви К дв (ОмЛт нд Аз (14) где тп д -масштабный коэффициент дифференциального сопротивлегпгя к 1 Вт О. )Выражение для ток, в первой ветви. г 1.(Ч, - р ) (1)лз Вьгражение,для мощности р,Структура формул (15) н (16) аналогична структуре формул (5 ) и (6 ).Подставив в формулы (5) и (б ) значения параметров через масштабнь 1 е коэффггциенты и имея ввиду уравнения (15) и (16), получим соотношения между масштабными коэф- фициентами Моделирование производится следующимобразом.Исследуемое термическое устройство условно разбивается на слои, для которых л Ь и Ь можно принять постоянными (берутся средние значения), Для каждого-го слоя по формулам (7) и (8) определяются Я . и Йл . Если участок не являетсяЛЭ АЭ;плоской стенкой, то при моделировании учитьгваются эквивалентные,дифференциальные и линейньге термические сопротивления. Ре,зисторы с этими сопротивлениями включаются в схему в соответствии с термической схемой моделируемого участка.На фиг. 3 представлена электрическая модель плоской стенки, разбитой на К слоев, с граничными условиями 1-го рода на левой поверхности и граничными условиями 3-го ро,да на правой поверхности ( й, - аналог термического сопротивления теплоотдачи от стенки).Катушка напряжения каждого ваттметра включена на среднее напряжение каждогоаслоя ( ") относительно потенциала,2 соответствуюшего нулевой температуре шкалы Значения температур поверхностей стенки задаются при помощи делителя напряжения831168 Кроме того, точность электрического моделирования по сравнению с точностью 15 модедироваьгия на нелинейнь 1 х электри -еских сопротивлениях повышена, изготовление мо 20методика эксперимента уппошена по сравнению с электрическим моделированием прииспользовании метода итерации. 35 Вт- Ы+0 З 5) -,м. к.) 3 (выбирают таким, чтобы эно не Оказывало влияния на распределение пэтенциалэв в устройстве), в виде потенциалов 91,При граничных услэвиях 111 -гэ рэда на правой пэверхнэсти стенки устанавливаются потенциалы Ч и Чо, гпе Чд - пэтенцкал,. сэответствующий температуре экружающей средь правой стенки.Изменяя значения потенциалов узловых точек 99 9 ". 9 добиваются одинаковой суммы тепловых потоков, показываемых амперметром и ваттметром (с учетом масштабных коэффициентов) на каждом участке для всей цепи, чтэ соответствует постоянству теплового потока в стационарном режиме.Причем показания ваттметра складываются с показаниями амперметра при 0О и вычитываются при О ( О, Измеряя значения потендиалов в узловых точках, получаем,значения температуры на границах слоев.При отсутствии достаточного числа измерительных приборов моделирование можно вести с помощью одного ваттметра и одного амперметра, включая их поочередно в цепь каж 25 дого участка.В качестве примера на фиг. 4 приведена схема плоской стенки (а), ее электрическая мопель( б) и график распределения температуры вполь стенки, полученный моделирова 30 нием (в).Толщина угольной стенки ь =1,3 м, плошадь поперечного сечения з =1 М , коэфрициент теплопровопности Штрих-пунктирнымк линиями эбсзкач .кыграницы разбиения плэскэй стенки. . танкаразделена на 7 слэев. Между гранкца 11 разбиения расположены участки электрическойсхемы, моделирующие данный слэй, а такжетаблица, в которую включены показания измерительных приборов и,значения тепловыхпотоков (линейной и нелинейной составля:=шей, а также суммарного),Значения температуры, полученнь 1 е в результате моделирования, показывают хорошее совпадение с данными теоретическогорасчета по известным формулам. Точностьполученных значений определяется тэлькэ точностью применяемых измерительных пркбэрэв,Предлэженнэе устрэйствр для электрическ эг э м эделкр эвани и эзвэляет м эделирэвать температурную нелинейность стацкэнарнэи теплэпрэвэднэстк на линейных электрических сэпрэтквлениях, прэцессы теплэпрэвэднэсти в слэжных теплэтехнических устрэйствах и гоаккчные услэвкя 3-гэ рода прк условии Глкнейнэ-кусэчнэй аппрэкскмации температурнэй зависимэсти кээффицкента теплээтдачи, а также при сээтветствующей аппроксимации мэделирэвания прэцесса теплэизлучения. дели дрод 1 ено;-О сравнению с изготовлением модели па нелинейнь 1 х элементах, а Формула изобретения Устройство для электрического моделирования еп 1 нейной теплопроводности устанок 1 вКихся тепловь 1 х процессов, содержащее кстэчкк питания с делителем напряжения И ЯЧЕЙКИ Сэто-,кой МОДЕЛИ ИЗ ЛИНЕЙНО ЗаВИ- симах ст темлеэатуоы сопротивлений с из- МЕ гитЕ,1 Я К ТОКОВ К Нац РЯЖЕНКИ, ОЛ И ч а ю ш е е с я тем что, с целью упрощен 1 ч 11 роцесса х 1 Оеърования, каждый узел сеТО,.-.11 1 сдеак соедк"еч ско ьзяшим кОнтак -"а ," кг х , О; к - ,1 гэ "ая по крайнек К,:;1;,ЛО; О К 1 З;.; КСЬВК;1 ЭЧЕН ИЗМЕПИ ГЕЛЬ;;,. . ".,; -;.,ЕД ЕК тОЧКОК ОДНОГО КЗ СЭ 11 РЭ Вас 1,.-У.;.:-ВЭ.: ШЧНЭй КстЭЧНККа ,1;аи.; 11;л"ек 1; - .;, ;",:теь напоикения,КсГЭК 1: К 11 ЭРКК 1 КК, ПП.11 ты ВЭ ВНК -45 макке рг эксдер "кз; 1, Све 1-1 а.;скк:. .д Д. 3 лектркческке прэмыщлекк:е . - ,ечк. ч, 1, "Энергия", 1958 г. 502, са 1 енко В, П., Ос; Кэва Б. А., Суко/ме.С, е - .лэг,еоепа 1 а. Москва, "Энерт иг, 1 Г 1Составитель И. ГореловаРедактор Л. Утехина Техред А. Богдан Корректор Н. КовалеваЗаказ 5297/128 Тираж 864 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раущская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патентф, г, Ужгород, ул, Проектная, 4