Устройство для моделирования нестационарных температурных полей

 

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<») 424180

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 03.07.72 (21) 1803744/18-24 с присоединением заявки ¹â€” (32) Приоритет

Опубликовано 15,04.74. Бюллетень ¹ 14

Дата опубликования описания 24.09.74 (51) М. Кл. G 06g 7/48

Гасударствеииый комитет

Совета Мииистроа СССР

Il0 делам изобретений и открытий (53) УДК, 681.333(088.8) (72) Авторы изобретения

Б. А. Волынский, В. Е, Бухман, Л. В. Ершов, А. Р. Федоров, Г. Б. Розенблит и В. Г. Казаков (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

H ЕСТАЦИОНАР Н ЫХ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛ ЕЙ

Предлагаемое устройство предназначено для определения нестационарных температурных полей в стенках камеры сгорания тепловых двигателей и других теплотехнических агрегатах, где имеет место нестационарная теплопередача и может быть использовано для моделирования физических процессов, описываемых уравнениями эллиптического и параболического типов.

В настоящее время все большую актуальность приобретает проблема решения инженерных задач, описываемых уравнениями в частных производных. Наиболее остро стоит вопрос решения задач нестационарной теплопроводности с граничными условиями III рода, которым соответствует задание температуры среды и коэффициента теплоотдачи. Поскольку в современных теплотехнических агрегатах, например форсированных дизелях, коэффициент теплоотдачи по ходу процесса изменяется в десятки раз, то для решения целого ряда технических задач крайне необходим учет этих изменений. Решение подобной задачи с помощью цифровых вычислительных машин сопряжено с рядом трудностей, основными из которых являются сложный и трудоемкий процесс программирования задачи и не менее трудоемкий процесс расшифровки решения. Кроме того, весь процесс решения задачи на ЭЦВМ лишен той необходимой наглядности, которая присуща моделирующим устройствам, которые и нашли широкое применение.

Известны моделирующие устройства, решающие III-ю краевую задачу теплопроводпости с постоянным коэффициентом теплоотдачи.

О»и включают в себя КС-ceiку, блок задания гра»ич ы условий, блок съема реше»ия, блок памяти.

10 Основным их недостатком является то, что задачу нестационарной теплопроводности о»и решают с постоянным коэффициентом теплоотдачи, кроме того, набор величин сопротивлений, моделирующих исследуемую область, 15 при помощи вставных омических сопротивлений, вмонтированных в двухпроводные штеккеры, требует огромного количества номинала, а ограниченный диапазон изменения емкостей резко сужает класс и возможности ре20 шаемых задач.

Целью настоящего изобретения является обеспечение возможности решения задач нестационарной теплопроводности с учетом переменных во времени коэффициентов теплоот25 дачи при широком изменении теплофизических параметров объекта моделирования.

Указанная цель достигается тем, что блок задания граничных условий может реализовать граничные условия III рода при помощи

30 усилителя мощности, вход которого через циф424180 ро-аналоговый преобразователь соединен с блоком памяти — периодизатором решения, а выход — с суммирующей шиной матрицы граничных резисторов, свободные концы которых через матрицу электронных ключей, соединенную с блоком памяти, подсоединены к постоянному потенциалу, причем точка соединения усилителя с матрицей граничных резисторов является граничной и соединена с

R С-сеткой.

Такое выполнение устройства позволит определить температурные поля с максимальной степенью достоверности, т. к. задание переменного во времени коэффициента теплоотдачи представляет возможность учитывать температурные колебания на поверхности тела, которые оказывают значительное влияние на общий температурный режим исследуемых деталей. Все это дает возможность оценить температурное состояние деталей уже в процессе их проектирования и наметить оп1имальпые конструктивные решения для обеспечения нормальных температурных условий проектируемых узлов.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 — схема блока, реализующего граничные условия 111 рода.

Предлагаемое устройство включает в себя (фиг. 1) RC-сетку 1, предназначенную для моделирования исследуемой области, блок памяти 2, предназначенный для хранения и периодической выдачи в цифровой форме информации граничных условии, блок 3, задания граничных условий содержащий цифро-аналоговый преобразователь 4, делители граничных условий 5 и б, усилитель мощности 7, матрицу электронных ключей 8, матрицу управляемых граничных резисторов 9, блок 10 съема решения. Точка ll является граничной и соединяет сетку с каналом задания граничных условий III рода. RC-сетка 1 выполнена как сетка проводимостей с кодированным набором величин проводимостей и емкостей в относительных единицах. Диапазон изменения проводимостей и емкостей 1 —:10 относительных единиц.

При решении задач 1-го и II-го рода граничные условия в виде цифрового кода поступают из блока памяти 2 на цифро-аналоговый преобразователь 4, где цифровой код преобразуется в величины токов или напряжений, пропорциональных задаваемому числу.

Далее, в зависимости от рода решаемой задачи граничные условия поступают на соответствующий делитель, откуда и задаются в граничные точки сетки, При решении нестационарной задачи III-го рода на границе области необходимо одновременно задавать две изменяющиеся по разным законам функции — температуру среды, моделирующуюся напряжением U=f(), и коэффициент теплоотдачи, модулирующийся резистором И= (т). В этом случае код функции температуры преобразуется в величину напряжения У(т), пропорциональную температуре, поступает на усилитель мощности 7, а код функции коэффициента теплоотдачи поступает на матрицу электронных ключей 8, ко.торые включают величину Я(т) резистора 9, пропорционально величине коэффициента теплоотдачи.

Тогда для точки 11 (фиг. 2), согласно закону Кирхгофа, можно записать:

1 — 1, +(„ где Iz — ток, поступающий в сетку 1; I< — ток через граничное сопротивление (резистор), величина которого К(т) изменяется по закону

Я=<р(т); 1 — ток усилителя 7, на вход кото15 рого подается потенциал U(), изменяющийся по закону U= f ().

Причем:

0 — и„

R (т) где U — потенциал в точке 11. I ок / будет пропорционален величине входного, потенциала (/(т) усилителя 7 и величине сопротивления Й (т):

К U(-.) О

I„=

R (-) где К вЂ” коэффициент усиления усилителя 7.

Тогда ток, поступающий в сетку 1 (1 ), за30 писывается в виде:

I(U (т) — U

R() откуда;

З5 U„: К U() — I Я(т).

Таким образом, величина потенциала в точ ке 11, которая является граничной, есть функ. ция двух переменных, каждая из которых яв40 ляется функцией времени, Распределение потенциалов внутри области фиксируется с помощью блока 10 сьема решения, который представляет собой специальный осциллограф с цифровым управлением, позволяющий на45 блюдать характер процесса в любой точке, и цифровой вольтметр, дающий величину потенциала в точке в выбранный момент времени.

50 Предмет изобретения

Устройство для моделирования нестационарных температурных полей, содержащее блок задания граничных условий, RC-сетку, выход

55 которой соединен с первым входом блока съема решения, второй вход которой соединен с первым выходом блока памяти, отлич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения класса решаемых задач, блок задания гра60 ничных условий выполнен в виде последовательно соединенных матрицы электронных ключей и матрицы управляемых граничных резисторов, вход которой соединен с усилителем мощности, вход которого соединен со65 ответственно с делителями граничных усло

424180 иг.

Составитель Э. Сечина

Текред Т. Курилко

Редактор Б. Нанкина

Корректор Т Хворова

Заказ 2454/11 Изд, № 1470 Тираж 624 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4(5

Типография, пр. Сапунова, 2 вий и с цифро-аналоговым преобразователем, при этом второй выход блока памяти подключен ко входу цифро-аналогового преобразователя блока задания граничных условий, третий выход блока, памяти соединен со входом

1

1 1

l Г 1

I I 1

LJ

Г

I Ф В I

h

I )

I !

L матрицы электронных ключей блока задания граничных условий, а выходы делителей граничных условий и усилителя мощности блока задания граничных условий подключены к со5 ответствующим входам RC-сетки.