Устройство для моделирования движения частиц

 

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначеро для моделирования движения частиц, вбрасываемых в движущуюся газовую среду. Устройство, например, может быть использовано при моделировании движения частиц смета во всасывающем трубопроводе подметально-уборочной машины. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет моделирования движения твердых частиц в движущейся газовой среде. Устройство включает генератор .1 пилообразного напряжения, суммирующий интегратор 6,-функциональные преобразователи 2, 3 и 8, формирователь 5 импульсов, первый и второй блоки 4, 11 сравнения, интегратор 7, сумматор 9, инверторы 10 и 15, ключи 12 и 13, блок 14 возведения в квадрат, источник 16 постоянных напряжений. Напряжения на выходах суммирующего интегратора и интегратора моделируют скорости перемещения частиц. С помощью первого блока сравнения определяется момент вбрасывания частиц. Значение относительной скорости частиц моделируется выходным напряжением сумматора . 3 ил. с (Л :х) ел о х

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) А1 (50 4 G 06 G 7/48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

° ф)

t4 ь

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

RO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHÐÛÒÈÉ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 3933970/24-24 (22) 24.07.85 (46) 30.03.87. Бюл. Р 12 (71) Всесоюзный научно-исследователь ский, экспериментально-конструкторский институт коммунального машиностроения (72) B.Ì. Пасынков и В.П. Яковлев (53) 681.333 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 515120, кл. G 06 G 7/48, 1974.

Авторское свидетельство СССР

В 1003111 кл. С 06 (7/48, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

ДВИЖЕНИЯ. ЧАСТИЦ (57) Изобретение относится к .аналоговой вычИслительной технике и предназначено для моделирования движения частиц, вбрасываемых в движущуюся газовую среду. Устройство, например, может быть использовано при моделировании движения частиц смета во всасы вающем трубопроводе подметально-уборочной машины. Цель изобретения расширение функциональных возможностей за счет моделирования движения твердых частиц в движущейся газовой среде. Устройство включает генератор .1 пилообразного напряжения, суммирующий интегратор 6,.функциональные преобразователи 2, 3 и 8, формирователь

5 импульсов, первый и второй блоки 4;

11 сравнения, интегратор 7, сумматор

9, инверторы 10 и 15, ключи 12 и 13, блок 14 возведения в квадрат, источник 16 постоянных напряжений. Напряжения на выходах суммирующего интегратора и интегратора моделируют скорости перемещения частиц. С помощью первого блока сравнения определяется момент вбрасывания частиц. Значение относительной скорости частиц модели" руется выходным напряжением сумматора. 3 ил.

1 13

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике, предназначено для моделирования движения частиц, вбрасываемых в движущуюся газовую среду, и может быть использовано при моделировании движения частиц смета во всасывающем трубопроводе подметально-уборочной машины, При создании рабочих органов подметально-уборочных машин исследуют характер движения частиц смета,забрасываемых щеткой или лопастью в сопло всасывающего трубопровода. После забрасывания частицы смета движутся вначале по инерции,а затем — под дейсТВНрМ потока воздуха, создаваемого на входе всасывающего трубопровода.

00509 2 чальной скоростью, а затем, попадая в поток воздуха во всасывающем трубопроводе, транспортируются в нем.

Механическое забрасывание смета ло5 пастью производится периодически.После срыва с лопасти частицы движутся в вертикальной плоскости.

Когда абсолютная скорость частиц (V) меньше скорости газа (<д), движе-!

О ние частиц описывается уравнением у = — = -g + au + abu (1)

dt !

Когда абсолютная скорость частиц (V) больше скорости газа (), движение частиц описывается уравнением

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет моделирования движения твердых частиц в движущейся газовой среде.

На фиг. 1 приведена блок-схема пред— ложенного устройства на фиг.2 диаграммы напряжений, поясняющие его ра- 25

1 боту; на фиг.3 — функциональная зависимость, воспроизводимая третьим функциональным преобразователем.

Устройство для моделирования движения частиц содержит генератор 1 пи- 30 лообразного напряжения, первый и второй функциональные преобразователи

2 и 3, первый блок 4 сравнения, формирователь 5 импульсов, суммирующий интегратор 6 и интегратор 7,, третил функциональный преобразователь H,сумматор 9, первый инвертор 10,, второй блок 11 сравнения, первый и второй ключи 12 и 13, блок 14 возведения в квадрат, второй инвертор 15, источ- ник Щ постоянных напряжений, При моделировании движения твердых частиц под действием потока газа; принимаем, что частицы, которым задана начальная скорость, вначале движутся в неподвижной газовой среде, а затем по мере перемещения попадают в движущийся поток газа. При движении в неподвижной газовой среде скорость частиц с течением времени падает, при попадании частиц в поток газа их скорость начинает возрастать,приближаясь по своему значению к скорости потока газа. Подобная ситуация возникает, например, при работе подметально-уборочной машины, когда частицы смета механически подбрасываются лопастью в сторону сопла всасывающего трубопровода с некоторой наj — -g — au — abu, (2)

dU

dt где — ускорение движения частиц по

I вертикали;

V — абсолютная скорость движения частиц по вертикали;

g — ускорение свободного падения; — время;

u „- относительная скорость частиц; а — коэффициент, зависящий от плотности частиц, плотности газа, диаметра частиц,стесненности движения частиц вследствие их взаимодействия, Ь вЂ” коэффициент, зависящий от диаметра частиц, кинематического коэффициента вязкости газа.

Относительная скорость движения частиц и определяется из уравнения

9 где Q — - скорость газа, V — абсолютная скорость движения частиц, u — - относительная скорость движения частиц, а=0,346ККК, J

2 Э Э Э Д

65 2

Ь

Кэ где К,, К,, К, — безразмерные коэффициенты, d — диаметр частиц

130050 плотность материала частиц; плотность воздуха — кинематическая вязкость.

Устройство для моделирования движения частиц работает следующим образом.

Процесс моделирования движения частиц начинается с задания началь- fp ных условий с использованием генератора 1 пилообразного напряжения. Линейно изменяющееся напряжение с выхода генератора 1 пилообразного напряжения служит разверткой для пер- 15 вого и второго функциональных преобразователей 2 и 3. Период следования импульсов генератора 1 полообразного напряжения соответствует периоду механического вбрасывания частиц.Пер- 20 вый функциональный преобразователь 2 воспроизводит зависимость перемещения по вертикали конца вращающейся лопасти во времени (фиг.2). За нулевую точку отсчета принято нижнее по- 25 ложение лопасти. На втором функциональном преобразователе 3 набрана зависимость вертикальной составляющей скорости перемещающейся лопасти (фиг.2). Напряжение, изменяющееся ли- 30 нейно, с выхода генератора 1 пилообразного напряжения подается на первый вход первого блока 3 сравнения, на второй вход которого подается напряжение с второго выхода источника 16 35 постоянных напряжений, моделирующее расстояние, на котором происходит отрыв частиц от лопасти. Как только линейно изменяющееся напряжение на выходе генератора пилообразного 40 напряжения становится равным напряжению, соответствующему отрыву частиц, срабатывает первый блок 4 сравнения, на выходе которого начинает

45 формироваться импульс, передним фронтом которого запускается формирователь 5 импульсов, на выходе которого .появляется короткий импульс, поступающий затем на управляющие входы интеграторов 6 и 7. Последние перехо50 дят в режим установки начальных условий и находятся в этом режиме до окон,чания импульса с выхода формирователя 5 импульсов. На интеграторах 6 и

7 устанавливаются напряжения, моделирующие соответственно расстояние, при котором происходит отрыв от лопасти, и вертикальную составляющую

9 1 скорости отрыва. Данные напряжения на интеграторы 6 и 7 задаются соответственно с первого и второго функциональных преобразователей 2,3, развертывающее напряжение на которые подается с генератора 1 пилообразного напряжения. По окончании импульса с выхода формирователя 5 импульсов интеграторы 6 и 7 переходят в режим интегрирования. Напряжение на выходе интегратора 6 моделирует вертикальную составляющую абсолютной скорости перемещения частиц, а напряжение на выходе интегратора 7 — абсолютное перемещение частиц по вертикали. На третьем функциональном преобразователе 8 воспроизводится напряжение, моделирующее скорость потока газа, которое зависит от расстояния до места отрыва частиц от лопасти.

Напряжение на выходе третьего функционального преобразователя изменяется в зависимости от напряжения на выходе второго интегратора 7, моделирующего изменения расстояния частиц от точки отрыва. Вид зависимости, воспроизводимой третьим функциональным преобразователем 8, приведен на фиг.3 где I — движение частиц в не7 подвижном газе; II-то же, на входе в трубопровод; III — то же, в трубопроводе. Напряжение с выхода третьего функционального преобразователя 8,мо»делирующее скорость потока газа,поступает на второй вход сумматора 9, где оно алгебраически складывается с напряжением, моделирующим абсолютную скорость частиц, поступающих на второй вход сумматора 9 с выхода суммирующего интегратора 6. В результате на выходе сумматора 9 формируется напряжение, моделирующее скорость движения частиц относительно потока газа (относительная скорость частиц).

Напряжение с выхода сумматора 9 поступает через первый инвертор 10 на второй вход первого ключа 12, а также на входы блока 14. На выходе блока 14 формируется напряжение,моделирующее квадрат относительной скорости движения частиц. Напряжение с выхода сумматора 9 поступает также на первый информационный вход первого ключа 12 и н-. первый вход второго блока 11 сравнения, где сравнивается с нулевым напряжением, поступающим на второй вход второго блока 11 сравнения. Таким образом, с помощью вто1300509 6 я Формула из oáрет ения рого блока 11 сравнения определяютс моменты изменения знака относительной скорости движения частиц, Если напряжение с выхода третьего функционального преобразователя 8 меньше напряжения с выхода интегратора 6, то второй блок 11 сравнения срабатывает, воздействуя на управляющие входы ключей 12 и 13, при этом на выходы ключей 12 и 13 коммутируются напряжения .с вторых входов ключей 12 и 13.

В том случае, когда напряжение с выхода третьего функционального преобразователя 8 больше напряжения с выхода суммирующего интегратора 6, то второй блок 11 сравнения не срабатывает, а на выходы ключей 12 и 13 коммутируются напряжения с их первых информационных входов. С выхода первого ключа 12 снимается напряжение, моделирующее относительную скорость движения частиц, имеющую либо положительное, либо отрицательное значение.

С выхода второго ключа 13 снимается напряжение, моделирующее квадрат относительной скорости движения частиц.

Коэффициенты передачи, устанавливаемые по второму и третьему входам интегратора 6, моделируют коэффициенты о и Ь в уравнениях (1) и (2). Напряжение, подаваемое на первый вход интегратора 6 с первого выхода источника 16 постоянных напряжений, моделирует ускорение свободного падения частиц g. Таким образом, когда второй блок 11 сравнения находится в состоянии срабатывания, моделируется движение частиц, описываемое уравне,нием

10

Когда второй блок 11 сравнения находится в исходном положении, моделируется движение частиц, описываемое уравнением

Изменяя урбвень срабатывания первого блока 4 сравнения, задаваемый с второго выхода источника 16 постоянных напряжений, можно исследовать поведение движения частиц при различных начальных скоростях вбрасывания и на различном расстоянии or потока газа.

dV

f = — = -g — au — abu.

dV = — = -g+ au + ggu.

Устройство для моделирования движения частиц, содержащее последовательно соединенные суммирующий интегратор и интегратор, блок возведения в квадрат, сумматор, первый инвертор, источник постоянных напря>..ений, первый выход которого соединен с первым информационным входом суммирующего интегратора, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за, счет моделирования движения твердых частиц в движущейся газовой среде, в него введены функциональные преобразователи, блоки сравнения, второй инвертор, ключи, формирователь импульсов и генератор пилообразного напряжения, выход которого соединен с входами первого и второго функциональных преобразователей и подхлючен к первому входу первого блока сравнения, выход которого через формирователь импульсов подключен к управляющим входам суммирующего интегратора и интегратора, входы установки начальных условий которых соединены с выходами соответственно первого и второго функциональных преобразователей, выход интегратора является выходом абсолютного перемещения частиц по вертикали устройства и подключен к входу третьего функционального преобразователя, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого подключен к выходу суммирующего интегратора, выход которого является:выходом вертикальной составляющей абсолютной скорости пе- . ремещения частиц устройства, выход сумматора подключен к первому информационному входу первого ключа,первому входу второго блока сравнения и к входу первого инвертора, выход которого подключен к второму информационному входу первого ключа и к входу блока возведения в квадрат,выход которого подключен к первому информационному входу второго ключа и к входу второго инвертора, выход которого подключен к второму информационному входу второго ключа, второй и третий информационные входы суммирующего интегратора соединены с выходами соответственно первого и второго ключей, управляющие входы которых подключены к выходу второго блока сравнения, второй вход которого сое1300509 динен с вторым выходом источника постоянных напряжений, третий выход коВыл.2

ctnue Д

Составитель И. Дубинина

Техред И.Попович Корректор Н. Король

Редактор M. Келемеш

Заказ 1152/50

Тираж 673 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная,4 с ,Д

Йа. первого блщш сриВмгЙУЯ

Вых. фцомауодат. июп.

Вых. Второго

М фФвщ.преФо

Sie. оерВого . функц претр.

Вых. 1 торога подключен к второму входу первого блока сравнения.