Устройство для моделирования процесса распространения температурных полей в плоских и осесимметричных телах
УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА РАСПРОСТРАНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ В ПЛОСКИХ И ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ТЕЛАХ, содержащее источники верхних и нижних температур, к которым присоединены границы модели реального тела, выполненной из теплоемкого и теплопроводного материала и две группы термопар, которые прикреплены соответственно к корпусу источника верхних температур вдоль границы модели реального тела и к самой модели реального тела в характерных для моделируемого температурного поля точках, выводы термопар подсоединены к соответствующим входам блока регистрации , отличающееся тем, что, с целью упрощения процесса моделирования, оно содержит два термических сопротивления. п нагревательных элементов и п регулируемых источников питания, модель реального тела выполнена в виде плоской пластины, конфигурация которой геометрически подобна поперечному сечению реального тела, источник верхних температур выполнен в виде двух металлических половин корпуса прямоугольной формы, одни из торцов которых соединены между собой шарнирно в одной из половин корпуса источника верхних температур расположены электронагревательные элементы, подключенные к выходам соответствующих регулируемых источников питания, термические сопротивления выполнены в виде пластины из полоскового материала, пластина первого из термических сопротивлений имеет поперечные вырезы и соединена одной из продольных сторон с одной из границ модели реального (О тела, а ее другая продольная сторона расположена между половинами корпуса источника верхних температур, пластина второго термического сопротивления соединена одной из сторон с другой границей модели реального тела, а ее другая сторона загнута по отношению к основной части на 90°, источник низких температур выполнен в виде продольной ванны с охлаждающей жидкос00 СХ) тью, в которую погружена загнутая сторона пластины второго термического сопротив ления. О) со
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
„,SUÄÄ 1188763 (SD 4
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ /р
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3554059/24-24 (22) 24.12.82 (46) 30.10.85. Бюл. № 40 (72) В. С. Семенов, В. В. Гаращенко и Ф. M. Л. Б. Камара ($1) (71) Одесский институт инженеров морского флота (53) 681.3 (088.8) (56) Волынский Б. А. и др. Модели для решения краевых задач. М.: Физматгиз, 1960, с. "3.
Эйгенсон Л. С. Моделирование. Советская наука, 1952, с. 267 — 272, рис. 30 — 31. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА РАСПРОСТРАНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ В ПЛОСКИХ И ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ТЕЛАХ, содержащее источники верхних и нижних температур, к которым присоединены границы модели реального тела, выполненной из теплоемкого и теплопроводного материала и две группы термопар, которые прикреплены соответственно к корпусу источника верхних температур вдоль границы модели реального тела и к самой модели реального тела в характерных для моделируемого температурного поля точках, выводы термопар подсоединены к соответствующим входам блока регистрации, отличающееся тем, что, с целью упрощения процесса моделирования, оно содержит два термических сопротивления, и нагревательных элементов и л регулируемых источников питания, модель реального тела выполнена в виде плоской пластины, конфигурация которой геометрически подобна поперечному сечению реального тела, источник верхних температур выполнен в виде двух металлических половин корпуса прямоугольной формы, одни из торцов которых соединены между собой шарнирно в одной из половин корпуса источника верхних температур расположены электронагревательные элементы, подключенные к выходам соответствующих регулируемых источников питания, термические сопротивления выполнены в виде пластины из полоскового материала, пластина первого из термических сопротивлений имеет поперечные вырезы и соединена одной из продольных Я сторон с одной из границ модели реального тела, а ее другая продольная сторона расположена между половинами корпуса источника верхних температур, пластина второго термического сопротивления соединена одной из сторон с другой границей модели реального тела, а ее другая сторона загнута по отношению к основной части на 90, в источник низких температур выполнен в виде продольной ванны с охлаждающей жидкостью, в которую погружена загнутая сторона пластины второго термического сопротив- 00 ления.
1188763
15
Ь ги ггя
b>о 1
Ьг r„. с охгя ъ... е
Изобретение относится к моделированию температурных полей в деталях тепловых машин и аппаратов.
Цель изобретения — упрощение процесса моделирования.
На фиг. 1 показана конструкция устройства; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1, модель цилиндровой втулки с термическими сопротивлениями для задания граничных услови й.
Температурное поле в натурном осесимметричном теле описывается уравнением
Фурье (индекс «н» — натура). дг9 S дО дге Ггн дб
> дуг г д д иг ан Гя дг где Π— безразмерная температура; Гя — время; 㻠— радиус втулки;
r, z и т — соответственно относительные радиус, координата и время, с граничными условиями
Тг — Т где Оь 02 — безразмерные температуры стенки со стороны газа и охлаждения а, а,„— коэффициенты теплоотдачи от газа к стенке и от стенки в охлаждающую среду; Хя — коэффициент теплопроводности материала модели; Т вЂ” температура; д г= —; z= —; т=— г» гя <н В модели тела, изготовленной в виде плоской пластины 1 (фиг. 1) из теплоемкого и теплопроводного материала, геометрически подобной по очертаниям поперечному сечению натурного тела, температурное поле Fo опишется тем же уравнением Фурье в безразмерной форме, кроме критерия Фурье в и авой части P р г аи г„ (индекс М вЂ” модель, a„коэффициент температуропроводности) . Граничные условия при подводе тепла к модели через термические сопротивления 2 и 3 (фиг. 1) пластин из того же полоскового материала, из которого изготовлена модель, запишутся в безразмерном виде так: (< — в,)=— гм bi д 81 Е1 Ь>>о д>> ги Ъ1 е д дг e, b.,.. .ай z = где 1>, 1 — длины пластин термических сопротивлений соответственно со стороны газа и охлаждения; big — ширин участка термического сопротивления 2; bi — ширина выреза в области 4 (фиг. 1) термического сопротивления 2; 55 о2 — ширины участков термического сопротивления 3 (на фиг. 1 не показаны), Сравнивая уравнения натуры и модели, получают следующие критерии теплового моделирования: гй гги . с г гя >и Ъ> . с ох гн с>и Ъг Bg l » аи и Лн 1> Ь|,о Лн Ъ, Ъг,0 откуда получают масштаб времени модели 1.и Bs I и 2 L Йм 1 я > — = — (— ") и степень дискретности подвода тепла на границах Модель, например, цилиндровой втулки с граничными условиями показана на фиг. 2. Термическое сопротивление теплопередачи от «газа» к стенке должно быть в соответствии с теорией теплообмена наименьшим вверху и наибольшим в нижней части втулки и граница области 4 должна быть криволинейной. Для удобства процедуры моделирования границу термического сопротивления 2 следует делать прямолинейной, что достигается вырезами 5 в области 4. Аналогично выполняется и термическое сопротивление 3 со стороны охлаждения, моделирующее теплоотдачу в охлаждаюшую среду. Термические сопротивления 2 и 3 должны иметь минимальную теплоемкость для уменьшения погрешности моделирования, что достигается вырезами либо выполнением их из материала меньшей толщины, чем материал модели, либо применением материала с низкой удельной теплоемкостью и низким коэффициентом теплопроводности. На границы термических сопротивлений 2 и 3 подключаются температурные потенциалы, рассчитываемые согласно теории теплообмена. Разность потенциалов (температур) на границах 6 и 7 термических сопротивлений 2 и 3 принимается за 100%. Абсолютное значение температур выбирается исходя из погрешности регистрирующей аппаратуры, подключаемой к термопарам, спаи которых прикрепляются (привариваются) к поперечному сечению модели в необходимых для исследования точках. В проведенных опытах, например, максимальная температура (100% потенциала) устанавливалась 220 С, а минимальная (0% потенциал) составляла 20 С. Измерение и запись температур осуществлялись блоком регистрации, в частности, электронным автоматическим прибором типа ЭПП-09. Пересчет температур модели на натуру производится аналогично методу, принятому в электромоделировании. 1188763 ГГОВ д ГГОВ ГРОВ A -A 77ОЙРьУЛО /Р x РН0 250-5 гз Составитель Л. Маслов Редактор В. Ковтун Техред И. Верес Корректор E. Рошко Заказ 6747/52 Тираж 709 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП к Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Устройство для реализации потенциалов на границах термических сопротивлений газ — тело состоит из ряда нагревательных элементов 8, имеющих раздельное питание и регулировку. Питание нагревателей производится, например, переменным током от сети с напряжением 220 В. Регулирование мощности нагревателей осуществляется трансформаторами 9, например, типа PHO 250-5. Источник верхних температур (нагреватель) представляет собой две половины 10 металлического корпуса прямоугольной формы, одни из торцов которых соединены между собой шарнирно посредством штанг 11. В одной из половин корпуса расположены электронагревательные элементы 8, например спирали, намотанные на фарфоровый стержень 12 в электрической изоляции. Наружная поверхность корпусов нагревательных элементов 8 покрывается слоем тепловой изоляции 13. Для плотного прилегания границы 6 области 4 модели к горячей поверхности половин 10 корпуса нагревателя без воздушных зазоров предусматривается специальное нажимное устройство (на фиг. 2 не показано). Реализация граничных условий со стороны охлаждения достигается загибом пластины термического сопротивления 3 на 90 и установкой границы 7 в ванну 14 с охлаждающей жидкостью, например с проточной водой. Для уменьшения потерь тепла в окружающую среду модель с обеих сторон покрывается тепловой изоляцией (не показана). Между металлическими половинами кор10 пуса и штангами 11, используемыми для их шарнирного соединения, имеется теплоизоляционная прослойка 15. Для контроля верхних температур в устройстве предусмотрена группа термопар 171 в 17„ óêðåïëåííûõ на корпусе источника 5 верхних температур по линии 6 пластины термического сопротивления 2 вдоль границы модели реального тела 1. Другая группа термопар 18 — 18„, укреплена на самой модели реального тела 1 в характерных для мо20 делируемого поля точках. Выводы термопар 17„ — 1 7 и 18 в 18п подсоединены к соответствующим входам блока регистрации 19, например, типа ЭПП-09.
