Устройство для моделирования температурных полей жилых и производственных помещений

Устройство для моделирования температурных полей жилых и производственных помещений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

,".„„,*„„ ;;„:".,","„"„0 ll И С А Й И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 02. I I I.1971 (№ 1629871, 18-24) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 21,VI.1973. Бюллетень № 27

Дата опубликования описания 1б.1.1974

М. Кл, G 06о 7/46

Государственный комитет

Соавта Министров СССР ла делам изобретений и открытий

УДК 681.333 (088.8) Авторы изобретения

А. T. Лукьянов, И. Ф. Жеребятьев и Я, Д. Пекер

Казахский государственный университет им. С. М. Кирова

Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ

ПОЛЕЙ ЖИЛЫХ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ

Изобретение относится к области аналоговых вычислительных машин, используемых для расчета температурных полей в жилых и производственных помещениях.

Тепловой режим помещения определяется изменением потоков тепла через внутренние и наружные ограждения, наличием отопительных и вентиляционных систем, геометрией ограждений и т. п. В общем случае задача сводится к решению системы интегро-дифференциальных уравнений. Если пренебречь отраженным с поверхности лучистым потоком, а учитывать только собственное излучение, полагая, что эффективное излучение с поверхности равно собственному излучению, и принять средние значения коэффициентов облученности и конвективного теплообмена, то математическая формулировка задачи упрощается.

Полученную систему нелинейных дифференциальных уравнений можно проинтегрировать одним из приближенных методов, например конечноразностным. Однако вследствие значительного числа параметров, многие из которых изменяются со временем, и громоздкости вычислений решение системы разностных уравнений, аппроксимирующих исходную краевую задачу, оказывается не эффективным без привлечения средств вычислительной техники. Использование ЭЦВМ в этих случаях не всегда эффективно вследствие трудности программирования логически сложных алгоритмов и необходимости хранения большого числа промежуточной информации. Обычно для инженерных расчетов, когда псходныс данные задаются с небольшой точностью, экономически целссообразнсс использовать моделирующие устройства, сочетающие в себе простоту конструкции и обслуживания и нс требующие от оператора специальной математической подготовки.

Известны устройства, прсдназначснныс для расчета температурных полей в отдельных ограждениях помещения, состоящие из р зистивных элементов, Однако применение такого типа устройств не позволяет рассчитывать температурные поля во всем помещении одновременно с учетом различных факторов.

Предложенное устройство — статический электроинтегратор служит для расчета температурных полей в промышленных и жилых помещениях с учетом переноса тепла конвскцией, теплопроводностью и излучением, имеющих произвольное число ограждений.

Предложенное устройство отличается тем, что в нем арифметические блоки элементов выполнены в виде регулируемых резисторов по числу ограждений помещения, подключены к параллельно соединенным резисторам, 30 моделирующим внутренние тепловыделения в

387389

4 () = О, Х = /1/2. дх

60.pNI1 (блок р I) 65 помещении, резисторам, моделирующим лучистый теплообмен между ограждениями поме1цений, и резисторам, моделирующим конвентивный теплообмен, выходы арифметических блоков элементов соединены с делителем напряжения, выполненным в виде плоского листа электропроводящего материала, на котором нанесены в виде графиков начальные распределения функции, Уравнение теплового баланса в отдельном помещении записывается в следующем виде: (ис+,.С У) = Q" (/)+ Q "": "(), (1) где V — объем помещения, m — масса предметов, находящихся в помещении, c — удельная теплосмкость, р 11.7oòíoñòü, Q (t) — суммарная величина теплопоступлсний (прямая и диффузионная радиация, прошедшие через остекление, от освещения, присутствия людей, инфильтрации воздуха и т. п.), Q" "(1)— тсплопоступлсния от внутренних и наружных ограждений.

В уравнении (1) неизвестными являются температура воздуха внутри помегцсния

Ur,(1) и температуры на внутренних поверхностях ограждения (Х=О) Uo< ) (t) i=1, 2, ...М, где М вЂ” число ограждений.

Величины Uo (t) находятся из решсния уравнения теплопроводности: дц(с) (» t) 62< с(с) (х 1)

1 1 (2) с1 -с дх

t)0, 0(х(11

j= I, 2, ... — число составных частей i-го ограждения. Граничные условия для уравнения (2) записываются с учетом радиационного и конвективного переноса тепла.

К внутренним ограждениям относятся тс, в отношении которых можно предположить с достаточным приближением существование одинаковых средних температур по обеим их сторона м (в соседних помещениях поддерживается такой же тепловой режим), тогда

l. на поверхности х= — i ãî внутреннего ог2 раждения имеет место условие симметрии:

Полученная система дифференциальных уравнений записывается в конечно-разностной форме по трехточечной неявной схеме. Предлагаемое устройство для решения системы уравнения температурного поля в жилых н промышленных помещениях основано на методе аналогий.

Принципиальная электрическая схема устройства приведена на чертеже для случая трсх ограждений (i=1, 2, 3). Цепочки резисторов (1) (1) (1)

Р0,1с R0,2. ° ° с Ло с" 1 — 1» Л1,1з R2 I ° ° с

R0,I R0,2 ° ° ° R0 с с- 2 — 1с с<1,2с R2 2> ° ° ° с (2) (2) (2)

Йс с 2,2 (Л -) К Л I I); с 10, 1 с

R0,2с .. Ro, N3 — 1, RI,3, R2,3>

<з> <з>

RN3,з (блок R III) являются арифметическими элементами для решения разностных уравнений, описывающих температурные поля в ограждениях.

Число их определяется количеством ограждений в помещении и может быть при необходимости увеличено нли уменьшено. Переменныс резисторы R..(I), R,(2>, R (3> служат для учета внутренних тепловыделспий в поме)цеIIHH H IlOQI<л1очаются COOTBCTCTBClllIO в у3 761 О арифметических блоков Rl, Rll, Rill. (1 — 2) (1 — 3) (2 — 3)

Резисторы R „„, Rrry . Roy являются аналогами «тепловых сопротивлений» лучистому теплообмену между поверхностями (1) (2) (х = О) ограждений; резисторы Л конс 6кон з учитывают «тепловые сопротивления»

<з> ко н вскт ив ном у теп лообм сн у между нове рхноcTII3lH (х=О) ограждений и воздухом внутри помещения. Изменение теплосодсржания в помсгцснии за счет инфильтрации воздуха осугцествляется введением в узел У1 дополнительного тока через резистор Я„0,1„ теплоемкость воздуха и предметов, находящихся в помещении, учитывастся подключением в узел

У1 резистора Ro. Величины резисторов в схеме на чертеже находятся из сравнения уравнений, описывающих распределение потенU циалов (V= —; Vo — напряжение питания

Uo делителя D) в узлах элсктричсской схемы, с соответствующими разностными уравнениями для этих же узловых точек.

Для упрощения процесса решения и исключения промежуточных операций, связанных с записью получаемых на каждом временном слое значений температур, в качествс делителя напряжения D берется плоская однородная элсктропроводная срсда достаточно больших размеров (в зависимости от треоуемой точности решения). Начальное распределение функции наносится в виде графиков на поверхности среды (плоского потенциометра), Информация в виде напряжений снимается с помощью подви>кнЫх контактов с г)(бкимй шнурами К (вру иную или автоматически) непосредственно с графиков. Результат решения с выходов арифметических элементов перено. сится в виде графиков нуль-методом на ту же плоскую элсктропроводную среду.

Полученные кривые затем используются для подачи информации на входы арифметических элементов при получении решения на следующем временном слое и т. д.

Предмет изобретения

Устройство для моделирования температурных полей жилых и производственных поме387389

g (к! чаи кон

Составитель Е. Тимохина

Техред Е. Борисова

Корректор Н, Аук

Редактор С. Авдеева

Заказ 3607!2 Изд. № 960 Тираж 647 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 ц1ений, содержащее делители напряжения, резисторы и арифметические блоки, отличаюи ееся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач, повышения быстродействия и упрощения устройства, в нем арифметические блоки, выполненные в виде регулируемых резисторов по числу ограждений помещения, подключены к параллельно соединенным резисторам, моделирующим внутренние тепловыделения помещений, резисторам, моделирующим лучистый теплообмен, и резисторам, моделирующим конвективный тсплообмен между ограждениями помещений, выход каждого арифметического блока соединен с делителем напряжений, выполненным в виде плоского электропроводящсго листа с нанесенными на нем графиками начального распределения функций.