Pierwszenstwo: Opublikowano: 31.V.1969 57547 KI. 42 i, 12/05 MKP <*06«t 1f$fe UKD Twórca wynalazku: mgr inz. Andrzej Strupczewski Wlasciciel patentu: Instytut Badan Jadrowych, Warszawa (Polska) Sposób okreslania rozkladów temperatur i przeplywu ciepla w sta¬ nach ustalonych i nieustalonych za pomoca elektrycznego oporo¬ wego ukladu analogowego oraz uklad do stosowania tego sposobu Przedmiotem, wynalazku jest sposób okreslania rozkladów temperatur i przeplywu ciepla w sta¬ nach ustalonych i nieustalonych za pomoca ele¬ ktrycznego oporowego ukladu analogowego oraz uklad do stosowania tego sposobu.Mozliwe jest symulowanie zmian parametrów cieplnych ciala, takich jak wspólczynnik przewo¬ dzenia ciepla, pojemnosc cieplna, generacja ciepla i warunki brzegowe w zaleznosci od temperatury, polozenia w przestrzeni i czasie. Istota elektrycznej analogii oporowej polega na wykorzystaniu podo¬ bienstwa pomiedzy przeplywem pradu elektrycz¬ nego w ciele przewodzacym, a przeplywem ciepla w ciele stalym. Napiecie elektryczne odpowiada wówczas temperaturze, natezenie pradu — nate¬ zeniu strumienia ciepla, a opór elektryczny oporo¬ wi cieplnemu.Tak wiec posiadajac material przewodzacy prad elektryczny i przykladajac na brzegach odpowied¬ nie napiecie lub natezenie pradu dla symulacji rzeczywistych warunków brzegowych mozna zba-. dac rozklad temperatur w badanym ciele, mie¬ rzac rozklad napiec w ukladzie analogowym. Przy realizacji ukladu analogowego na miejsce przewo¬ dzacego cieplo ciala stalego mozna wprowadzic cialo przewodzace prad elektryczny o tym samym ksztalcie geometrycznym, lub tez zastapic je sie¬ cia oporów elektrycznych, wykonanych w postaci oporników lub potencjometrów, tworzacych uklad o podobnym ksztalcie. 10 20 25 30 Miejsca w których sasiednie oporniki lacza sie ze soba tworza wezly sieci. Jezeli w rozpatrywa¬ nym ciele wystepuja wewnetrzne zródla ciepla, do wezlów siatki doprowadza sie prady elektrycz¬ ne równowazne ilosci ciepla generowanej w obje¬ tosci ciala reprezentowanej przez dany wezel.W przypadku stanów nieustalonych, dla symu¬ lacji grzania wezla sieci oporowej, to znaczy dla symulacji gromadzenia ciepla w pewnej objetosci ciala stalego reprezentowanej przez ten wezel, mozna polaczyc go z wezlem zasilajacym o niz¬ szym napieciu poprzez odpowiedni opornik. Wów¬ czas prad plynacy przez ten opornik bedzie symu¬ lowal podgrzewanie wezla sieci oporowej w pew¬ nym przedziale czasu At. Wielokrotne powtórzenie tej czynnosci przy kolejno zmienianym napieciu w wezle zasilajacym pozwala na symulacje grza¬ nia wezla w sieci oporowej w funkcji czasu.W przypadku generacji ciepla w stanach nie¬ ustalonych dotychczas stosowany sposób polegal' na podlaczeniu do wezla w sieci oporowej dru¬ giego opornika przez który doprowadzono prad równowazny generacji ciepla w danym wezle. Dla przedstawienia cial zlozonych z wielu wezlów bu¬ dowano dotychczas sieci oporowe z elementów po¬ laczonych ze soba trwale w okreslony sposób tak, ze dana siec pozwalala na symulacje jednego tylka rodzaju cial. Dla zbadania innej geometrii ukladu trzeba bylo budowac nowy uklad oporowy.Celem wynalazku jest maksymalne wykorzysta- 57547/ 3 .. nie kazdego elementu oporowego w sieci tak, aby za pomoca malej liczby elementów oporowych moz¬ na bylo symulowac ciala o zlozonych ksztaltach i uzywac jednego urzadzenia oporowego dla roz¬ wiazania wielu zadan, poprzez wprowadzenie no¬ wego sposobu symulacji wewnetrznych zródel cie¬ pla w badanych cialach i nowego sposobu lacze¬ nia poszczególnych elementów oporowych w siec przedstawiajaca dane cialo.Istota wynalazku polega na tym, ze generacje ciepla w objetosci ciala reprezentowanej przez "r jacado tego wezla prad przez opornik, który jedno- tcfcefnie sjtizf}^ Emulacji zmian temperatury te¬ go wezla w funkcji czasu poprzez odpowiedni dobór napiecia zasilajacego w wezle zasilajacym.Uklad do stosowania sposobu wedlug wynalazku ma postac sieci oprowej zbudowanej z elementów oporowych polaczonych trwale z zespolami gniaz¬ dek wtykowych, przy czym kazdy zespól gniazdek przypada na jeden element oporowy, a polaczenie zespolów gniazd za pomoca ruchomych zlaczy pozwala symulowac dowolne ksztalty badanych cial.Wynalazek zostal blizej objasniony na rysunku, przedstawiajacym schemat polaczen jednego wez¬ la sieci oprowej przy symulacji zagadnienia dwu¬ wymiarowego przewodzenia ciepla z wewnetrzny¬ mi zródlami ciepla w stanie nieustalonym. Wezel 1 symulujacy pewna odpowiadajaca mu objetosc ciala stalego jest polaczony przez opornik 4 z sa¬ siednimi wezlami w sieci, symulujacymi odpo¬ wiednie sasiednie objetosci ciala stalego. Opornik 4 symuluje wiec opór przewodzenia ciepla z jed¬ nego segmentu ciala stalego do drugiego. Dla sy¬ mulacji gromadzenia ciepla w wezle 1 sluzy opor¬ nik 3 polaczony z punktem o nizszym napieciu.Linie ciagle na rysunku przedstawiaja polacze¬ nia trwale, a linie przerywane polaczenia rozla- czalne wykonywane odpowiednio do rozwiazywa¬ nego problemu. Zamiast przylaczenia do wezla 1 opornika 3 dla symulacji grzania i dodatkowego opornika dla symulacji wewnetrznych zródel cie¬ pla, w omawianym przykladzie wykorzystuje sie jeden tylko element oporowy 3 dla obu celów. Sy¬ mulacje wewnetrznych zródel ciepla dokonuje sie przez odpowiednia zmiane napiecia jakie nalezy nastawic w punkcie 2.Napiecie to jest okreslone wzorem: Vf = Vlm_t + R,.ig gdzie V, oznacza napiecie w wezle 2 dla czasu nAt, V1,n_1 — napiecie w wezle 1 odczytane po cza¬ sie (n — l)At, Rj — wartosc oporu laczacego punkty 1 i 2, ig — prad symulujacy generacje ciepla w we¬ zle 1. 4 Wartosc oporu 3 i pradu ig mozna obliczyc dla poszczególnych przypadków na podstawie zasta¬ pienia róznicowej postaci równowaznika Fouriera oporowym ukladem, analogowym. Przy tym sposo- 5 bie symulacji wewnetrznych zródel lub upustów ciepla napiecie wezla 1 jest okreslone dokladnie dla kazdego przedzialu czasu od (n — 1) At do nt na podstawie znajomosci temperatury napiecia wezla 1 w czasie (n — 1) At i parametrów ciepl- io nych takich jak przewodnosc cieplna, pojemnosc cieplna i wewnetrzne zródla ciepla.Wszystkie te parametry moga zmieniac sie w toku doswiadczenia. Zmiany te mozna latwo uwzglednic przy proponowanym sposobie symula- 15 cji zjawiska. Siec wykonana jest z precyzyjnych potencjometrów, nie polaczonych ze soba na stale.Kazdy opornik 4 dla symulacji przewodzenia cie¬ pla polaczony jest z ukladem czterech gniazdek wtykowych wydzielonych z reszty ukladu analo- 20 gowego, przylaczonych do tablicy polaczen. W ta¬ blicy tej mozna laczyc ze soba dowolne gniazdka, co umozliwia przylaczenie dowolnego opornika w kazde pozadane miejsce budowanego ukladu. Za¬ pewnia to wykorzystanie wszystkich oporników 4 25 niezaleznie od ksztaltu symulowanego ciala. Zes¬ poly oporowe 3 dla symulacji grzania i wewnetrz¬ nych zródel ciepla polaczone sa trwale z punkta¬ mi 2 o regulowanym napieciu, a konce przylaczo¬ ne do punktów 1 sa wolne i zaopatrzone w gniazd- 30 ka wtykowe. Umozliwia to przylaczenie tych zes¬ polów oporowych 3 do dowolnych wybranych we¬ zlów sieci.Ten sam sposób symulacji stosuje sie przy bu¬ dowaniu sieci analogowych dla zjawisk krzepnie- 33 - cia lub topienia. PL