Устройство для моделирования тепловых процессов с фазовыми переходами

 

Q П и С д H ц р » 465635 изоьевтиния

Союз Соеетеки1в

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 04.01.74 (21) 1990547!18-24 (51) М.Кл. G OGg 7 48 с присоединением заявки ¹â€”

Государственный комитет

Совета Министров СССР па делам изобретений н открытий (32) Приоритет—

Опубликовано 30.03.75 Бюллетень № 12 (53) УДК 681.333(088.8)

Дата опубликования описания 20.11.75 (72) Автор изобретения (71) Заявитель

M. М. Вайнер

Ленинградское отделение Всесоюзного ордена Ленина проектноизыскательского и научно-исследовательского института «Гидропроект» им. С. Я. Жука (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ

ПРОЦЕССОВ С ФАЗОВЫМИ ПЕРЕХОДАМИ

1 3

Изобретение относится к аналоговым вычислительным машинам, в частности к RC-ссточным интеграторам, и предназначено для моделирования тепловых процессов с фазовыми переходами.

Для решения задач указанного типа известны устройства, содержащие блоки RC-сетки, блоки граничных и начальных условий, регистрирующие блоки и интеграторы открытой теплоты, выполненные на базе операционных усилителей, подключенных к узловым точкам RC-сетки.

Цель изобретения — повышение точности и быстродействия устройства.

Это достигается тем, что цепь обратной связи операционного усилителя, входящего в состав интегратора скрытой теплоты и соединенного входом через высокоомный резистор с узловой точкой RC-сетки, а выходом— со свободным выводом узлового конденсатора сетки, образована и (по числу критических температур) параллельными ветвями. Каждая из них содержит диодно-резисторные ограничительные схемы и формирует требуемую передаточную функцию, обеспечивающую автоматический перевод усилителя из режима масштабного звена в режим интегрирующего звена и обратно на соответствующем интервале значений выходного напряжения усилителя. При этом в режиме интегрирования мо2 . делируется процесс выделения (поглощения) скрытой теплоты, а в режиме масштабного преобразования — эффект изменения теплофизических характеристик исследуемого об.ь5 екта.

На фиг. 1 показана схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — схема трсхфязной моделируемой области.

Типовой узел устройства содержит блок

1о 1 RC-сетки (фиг. 1), состоящей из резисторов 2 — 5 и узлового конденсатора 6, причем величина проводимости резисторов 2, 3, и 4, 5 пропорциональна теплопроводности в напрlвлепии соответственно координ iTllblx осей Л и

15 Y (фиг. 2), величина емкости узлового конденсатора 6 — теплосмкости, я также операционный усилитель 7, соединенный входом через высокоомный резистор 8 с узловой точкой блока 1 RC-сетки, а выходом — с выводом конденсатора 6. Цепь обратной связи усилителя выполнена из и (по числу критических температур) параллельных ветвей. Каждая ветвь образована последовательным соединением резистора 9, переменного резистора 10 и диода 11, причем общая точка резисторов 9 и 10 соединена через фиксирующий диод 12 с регулируемым источником 13 напряжения смещения, запирающим диод 12.

Второй вывод диода 11 связан с входом делизп теля 14 напряжения, включенного между вы465635

20

3 ходом усилителя 7 и источником 15 напряжения, запирающим диод 11. Одна общая точка ветвей, образованная выводами резисторов 9, соединена с входом операционного усилителя 7, а другая общая точка, образованная входами делителей 14 напряжения подключена к выходу усилителя. Полярность напряжения источников 13 и 15 относительно шины нулевого потенциала устройства различна.

Устройство работает следующим образом.

Регулированием делителей 14 напряжения и источников 13 напряжения смещения пороги отпирания диодов 11 и 12 устанавливаются таким образом, чтобы снача,ча происходило отпирание диода 11 первой ветви, затем — отпирание фиксирующего диода 12 этой же ветви, далее — диода 11 второй ветви с последующим отпиранием фиксирующего диода 12 этой же ветви и т. д.

Состояние схемы, когда открыт лишь диод 11 первой ветви, соответствует нахождению исследуемого обьекта в первой фазовой зоне. Током через высокоомпый резистор 8 по сравнению с током через резисторы RC-сетки можно пренебречь.

Когда значение узлового напряжения соответствует значению первой критической температуры, происходит отпирание фиксирующего диода 12 первой встви. Цепь обратной связи усилителя замыкается через узловой конденсатор G, и усилитель переводится в режим интегрирующего звена. При этом моделируется эффект выделения (поглощения) скрытой теплоты фазового перехода. Значение напряжения источника 18 устанавливают таким образом, чтобы величина узлового напряжения

V, при которой отпирается фиксирующий диод 12, соответствовала критической температуре, а рсгулированием делителей напряжения добиваются нужных пределов интегрирования.

По достижении выходным напряжением усилителя значения, при котором отпирается диод 11 второй ветви, цепь обратной связи замыкается через диод ll и рсзисторы 9 и 10

4 второй ветви. При этом усилитель переводится в режим масштабного звена и моделируются тепловые процессы в новом фазовом состоянии.

При значении узлового напряжения Уц, соответствующем следующей критической температуре, отпирается фиксирующий диод 12 второй ветви, и цепь обратной связи замыкается через узловой конденсатор б, переводя усилитель в режим интегрирующего звена.

По достижении выходным напряжением усилителя значения, при котором отпирается диод 11 трстьей ветви, усилитель вновь переводится в режим масштабного звена и моделируется третье фазовое состояние объекта и т. д.

Аналогично производится моделирование в двух и трехмерной постановке задачи.

Предмет изобретения

Устройство для моделирования тепловых процессов с фазовыми переходами, содержащее RC-сетку., источники напряжения, диоды, постоянные и переменные резисторы, делители напряжения, операционный усилитель, вход которого через высокоомпый резистор подключен к узлу RC-сетки, а выход подключен к выходу узлового конденсатора RC-сетки, отлича ощееея тем, что, с целью повышения точности и увеличения быстродействия устройства, в нем цепь обратной связи операционного усилителя выполнена из параллельных ветвей, каждая из которых образована из последовательно соединенных постоянного резистора, переменного резистора и первого диода, катод которого подключен к входу делителя напряжения, первый вход которого подключен к первому источнику напряжения, а второй вход соединен с выходом операционного усилителя, вход которого сосдипеп с постоянным резистором, соединенным с катодом второго диода, анод которого подключен к второму источнику напряжения.

465635 григ 7

5-я соазодая зона

2-я разовая дона

7- я а азоЮая зона! 1 I! 1111111! 1I

Составитель Е. Тимохина

Техред Т. Миронова

Редактор И. Грузова

Корректор Л. Орлова

Заказ 4900 Изд. ¹ 1328 Тираж 679 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, К-35, Раушская наб., д. 4/5

МОТ, Загорский филиал