Устройство для моделирования тепловых полей в регулярной стадии теплообмена
Соез Советских
Социалистических
Ресл){блин
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, свил-вуI (22) Заявлено 01,06.75 (21) 2150254/24 (5{ ) М. Кл с присоединением заявки №(ч 06 Ст 3/00
Гес1{даротеенна{й неинтет
Совета Мнннстров СССР аа деяаы нзобретеннй и открытий (23) Приоритет(43) Опубликовано 05.06.77.Б{оллетень №21 (4б) Дата опубликования описания 17.08.77 (53) УДК6e1.дЭ5
{06Е.Е) (72) Автор изобретения
Ю. П. Котельников (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО 11ЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВ(>(, «
ПОЛЕЙ В РЕГУЛЯРНОЙ СТАДИИ ТЕП(ЛООВ1 11:Н "(и
Изобретение относится к вычислительной технике, Известно устройство для исследовшшя тепловых полей, содержащее двигатель, резервуар, поплавок, измерительный зонд и гндравлическую модель (1).
Однако это устройство обеспечивает решение поставленной задачи лишь в ограниченном количестве задаш{ых точек стенки.
Наиболее близким по технической сущ- jo ности к предложенному изобретению является устройство, содержащее подставки, на которых установлена пластина с изображением границ исследуемой области и координатными сетками с линиями равных зна- (5 чений интенсивности теплообл{е{{а, и расположенный на поверхности пластины моделирующий элемент
Недостатком устройства является его большая сложность. 20
;Пель изобретения — упрошепие конструкции устройства.
Поставлеш{ая цель достигается тем, что в устройстве пластина вы{{о>{{{п!{а из магнитного материала и уста{{овл«31{а нп под- 2<> ставках вертикп<{1,1{О, а л<о<{О;пi:;; {оп{нй момент вьшол{{е!{ в {!{,ii< гибкой иер-<.т{ек{{л{ой, ННТ{{ С ПОСТС<{1<{1{1 {Л{И М 1 "it{ !{ СС<1<. Ij«
В Зада!{!{1>{Х ТО IKOX< Опрв„<<{< f{!« МЬ{Х !<И >1>яМИ коорд<{нат{п !х с«ток, HA «{APT< же (>1!.,(>д(>!{О ко!{ст{>У{(т1{,в{{О»
ВЫГ!ОЛ!{Е{{ {Е УСТ(> :>йСТВ<{ Ц!Ii Л<од<Г "s j OD <Пия тепловых полей в регуля{>!«4 г:. . «{п т.(плоОбмена.
У стрОйство ООдс г(к!1 1 s tl. l 1с тж{у 2 < л!Оде{в{ р1 IОший э;1:м(»sт, в{ {в(«п{<..!1ныl{ в {{1{д(< гибкОй f{cj! <стяяог !Ой п>{т!1 .{ 11
ПОСТОЯ{{1{ЫХ М<1{ !П{ТОВ (°
Пласти{{а 2 с1 ftor«l<..1{.< ".а 1
1 верт{кально ii !.; !!Ой 113О<,.(><О;((>н{,1 гр{{1{1цы 5 и с< 1<{д У < k;ol{ Обл!1<. I H s (11Р! <ва J; слева
OT КОТ«<(>1{К 1Iа|!О(.п11Ы К<>с!<П{t!! Устройство р <бота; т (:я<(>д„ юшим Образом, Пусть ста{!ьт ж{{ он
ПОТОКОЛ< { T„-т, too - 5o Т -То 30 — ЗО 45 50 „, (т, -т., (-© " Ф о р лл у и а Изобретения 60 з о чальной температуре стенки Т 30 . Указанная поверхность названа пассивной, с-ответствующие ей величины обозначены индексом и, коэффициент теплообмена 5ЛЕ1 л 0 г1 = Оэ04 см се„. грод 5 По внутренней поверхности, названной активной (соотвегствующий индекс Q ) с момента 1 = о труба нагревается, контактируя со средой, температура которой Т© = 730 С, коэффициент теплообмена - сс,„10 1Ла Л 0 02 слл сек rpalp Определяется распределение температур в стенке трубы и величина тангенциальных термонапряжений на ее поверхности к моменту, когда "пассйвная" поверхность про- 15 гревается дотемпературы TII = 100 С, например,толщина стенки = 1 см, коэффициент теплопиоводности Л =О, 04кал/см сек град., модуль Юнга Е = 2, 1» 10 кг /см 6 2 коэффициент термического расширения а. „= 20 = 16410 1(град, коэффициент Пуассона Р =0,3). В рассматриваемом случае относительная температура "пассивной поверхности Критерии Ьио на "активной" и "пассивной" поверхностях соответственно: 1хаг1 0,02 1 . +II — =o ; в ла 3. Q,04 1 «и д Параметр, характеризующий кривизну стенки: п-А 35 — О,s. а Постоянные магниты 4, на которых подвешена гибкая нерастяжимая нить 3, устанавливаются с обеих сторон от границ 5 исследуемой области, на пересечение линий 6 и 7 координатной сетки, соответствующих заданным значениям 3 < = 0,5, З; и = 1. Длину провисающей нити .3 подбирают так, чтобы она проходила через заданную точку. 3 = 0,1. Форма провисающей нити 3 в границах 5 стенки (О 1 < 1) определяет в рассмат риваемый момент времени искомое распределение температур в огноситепьных координатах 0 (1 ). При расчете термопапряжеций используют известные зависимости 4 Для определения относительной средней температуры 8 необходимо знать соотвеч ствующую координату г) . Для ее определения на пластине 2 нанесена полученная расчетом шкала 8, определяющая значения в зависимости от кривизны стенки для момента окончания первой стадии теплообмена (Я ) и для стационарного темпераК турного состояния (). Положение координаты в процессе второй (регулярной) стадии теплообмена заключено внутри crvносительно узкого интервала (q g ). Для рассматриваемого случая по величине (а = 0,5 принимается г) = 0,46. С помощью провисающей нити 3 определяется 8{q) = 013. Е" т — То) 33 6i 103 кг/см2 сли t I то можно определить искомые термонапряжения на обеих границах 6: = 33,6 10 (0,18-0,308) = 4200 кг/см С„= 33е6 10 (0,18 - 0,10) = 2690 кг/см Устройство обеспечивает решение ряда прямых и обратных задач теплопроводности и термоупругости для случая, когда обе границы 5 одновременно и независимо участвуют в теплообмене. Для иных граничных условий теплообмена координатная сетка будет иметь другой вид. Построение ее может быть произведено на основании аналогичного подхода. Применение усгройства особенно удобно, когда заданы условия теппообмена (например, В1,„, Вл ) и относительная температура в фиксируемой точке исследуемой области. Как показано в рассмотренном примере, в этом случае величины В; координируют точки подвеса нити 3, а длина ее определяется из условия прохождения через три заданных точки. Форма провисающей нити 3 непосредственно определяет распределение температур по исследуемой обпас.ги. Если температура в какой-либо точке области заранее неизвестна, а задан лишь мол1ент вРемени (T a), то дпЯ испопьзованиЯ устройства необходимо «начале определить температуру на грашлце 5 в зада11пый моллецт, а .затем решать задачу как указано па1лее, коорди1плруя нить, 3 11о трем известным точкам. И в этом случае решение сушес гвеппо у прощается, так как определение телгпературы па I ра ице 5 — задача менее трудоемкаи, чем построение всей температурной кривой.,5 стр<>йс г15о ц. 15{ л1сгдл."л11ро15ац1151 тепповьlх поп -A в регупллр11ой стадш1 теп 1ообмеца, со561191 Составитель Г. Сорокин Редактор И. Марховская Техред И. Асталош Корректор Q 0 1 . Злказ 1574/152 Тираж 818 Подписное UHHH11H Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 держащее подставки, на которых установле» на пластина с изображением границ исследуемой области и координатными сетками с линиями равных значений интенсивности теплообмена и расположенный на поверхнооти моделирующий элемент, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью упрощения конструкции устройства, в нем пластина выполнена из магнитного материала и установлена на подставках вертикально, а модели- 0 рующий элемент выполнен в виде гибкой нерастяжимой нити с постоянными магнитами. на концах, которые присоединены к по.верхности пластины по обе стороны исследуемой области в заданных точках, определяемых линиями координатных сеток. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1. Карплюс У. Моделирующие устройства для решения задач теории паля, М., "Иностранная литература, 1962, 326. 2. Шнейдер. Инженерные проблемы теплопроводности. М., Иностранная литература», 1960, 376.
