Гидравлический интегратор

Гидравлический интегратор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Класс 42d, 4

42m, 36

Pk 9694?

СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Д. В. Будрин

ГИДРАВЛ ИЧ ЕСКИ Й ИНТЕГРАТОР

3аивлсио 13 марта 1950 г. за Ао 414030/2465 в Гостехнику СССР

Оиубаинонано в;<Бютастснс иаобрстений» 1>1 о 2 аа 1954 г. течением жидкости (обычно воды) через длинные капиллярные трубки, которые являются основной частью интеграторов. Наличие капиллярных трубок ь интеграторах является главной причиной их сравнительно малой точности и непостоянства их погрешности вследствие значительнои зависимости вязкости жидкости от температуры, изменения живого сечения капилляров вследствие раз оухания их стенок (у неметаллических капилляров) или вследствие легкого засорения капилляров при коррозии пли при наличии г> воде микроорганизмов.

Описываемый гидравлический интегратор свободен от указанных недостатков, так как в нем нет капп 1лярных трубок; основан гидравлический генератор на общеизвестном принципе гидростатики, заключающемся в том, что в сообщающихся сосудах уровни воды устанавливаются на одной и той же высоте.

На чертеже схематически изображен гидравлический интегратор.

Интегратор имеет ряд вертикальных сосудов 1 цилиндрической или

Предметом изобретения является интегратор для решения дифференциального уравнения теплопроводности по методу конечных разностей, основанный на законах гидростатики и состоящий из ряда вертикальных сообщающихся сосудов, крайние из которых сообщаются с подвижными напорными резервуарами, причем перекрытие сооощающихся сосудов осуществляется кранами, клапанами или золотниками, соединенными с управляющей ими рычажной системой так, что каждый сосуд интегратора при переключении кранов, клапанов или золотников сообщается то с одним, то с другим соседним сосудом или напорным резервуаром; при этом невозможно одновременное сообщение между тремя или более соседними сосудами.

Привод рычажной системы интегратора связан со счетчиком переключений, число которых пропорционально времени протекания изучаемых процессов.

Известны интеграторы, основанные на аналогии между передачей тепла теплопроводностью и ламинарным

- :-i . °::г с. i/ q y

114 1. 1-,П,О.

1

T, уоио 0 П И С А Н И Е И 3 0 Б P E 9! E Н И.Я . № 96947 призматической формы, которые представляют собой стенку с проходящими в ней нестационарными тепловыми процессами. Каждые два соседних вертикальных сосуда соответствуют одному элементарному слою стенки толщиной х м. Площадь горизонтального сечения этих сосудов (обоих вместе) отображает теплоемкость 1 кв. и. стенки толщиной: х м., т. е. всличипу: хс;, где с — весовая теплоемкость, а удельный вес материала стенки. Высоты уровней воды как ь этих, так и в .других сосудах интегратора в некотором масштабе изображают температуру соотвстств1/1ощей точки

Для удобства работы вертш(альная шкала 2 мо>(ст иметь грядунровку не в сантиметрах, а прямо в градусах Цельсия, и ее деления могут быть вычерчены на листе бумаги, укрепляемом сзади всех сосудов интеграторов, в виде горизонтальных линий, идущих во вс|о ширину прибора. Промежуточные вертикальные > и 4 отображение на интеграторе услоиi. I теплообмена между поьерхностью стенки н газообразной - илн жидкой средой, обмывающей эту поверхность. Площадь горизонтального сечения каждого из этих сосудов должпа быть пропорциональна числовому значению коэффициента теплоотдачи d на соответствующей стороне стенки. Зта площадь может оыть рассчитана по формуле:

Ьх

ed =а —, ° . см., /. где (о — площадь поперечного сечения каждого из Вертикальны сосудов, изображающих стенку в см. - ; i, — коэффициент теплопроводккал. ности материала стенки м. час. град.

Напорные сосуды 5 н 6 изображают газовую или кидкую среду, которая омывает поверхность стенки. Высота уровня воды в этих сосудах соответствует температуре среды по ту нли по другую сторону стенки.

Все сосуды гидростатического интегратора связаны друг с другом посредством системы переключающих кранов 7, которые посредством рукоятки 8 и рычажной системы 9 могут поочередно то открываться, то закрываться. При этом исключено одновременное открывание четных и нечетных кранов; когда четные краны открыты, то нс стные закрыты, и наоборот.

Открытыми краны оставляют на время достато шое для по.чного выравнивания уровней воды в сообщающихся сосудах. Но могут оставить открытыми краны и на большой отрезок времени, для того чтобы возобновить ня другой день прерванную накануне работу на гидравлическом интеграторе. В отличие от известных конструкций гидравлических интеграторов, время в описываемом интеграторе исчисляется не временем его работы, а числом произведенных переключений кранов; ка/кдые два последовательных переключения кранов, после которых рычажная система 9 возвращается в исходное положение, соответству|от протеканию элементарного отрезка времени. х часов, 4а где / х — толщина элементарного слоя, отображенного на интеграторе двумя соседними вертикальными сосудами, я — коэффициент температуропроводности материала стенки, /, определяемый по формуле а =—

c j

Так как для решения каждой задачи по нестационарной теплопроводности обычно требуется произвести множество переключений кранов, то целесообразно механизировать эту операцию, снабдив интегратор механизмом привода рычажной системы, открывающим и закрывающим краны.

Для наблюдения за временем, т. е. за числом произведенных переключений кранов, интегратор снабжен автоматическим счетчиком 10, который перед началом работы устанавливается на нуль. При каждом качании рычмкной системы в направлении справа налево показания счетчика увеличиваются на единицу.

Напорные сосуды 5 и б присоединяются к системе переключающихся кранов 7 посредством гибких резиновых шлангов 11 и 12. Для изменения уровней воды в напорных сосудах в соответствии с заданными граничными условиями или для поддержания этих уровней на постоянной высоте, если температура газа или жидкости, омывающей ту или другую поверхность стенки, остается постоянной, напорные сосуды установлены на подви>кных полках 18 и 14, подвешенных на гибких тонких тросиках или нитях 15 и 1б, перекинутых через свободно вращающиеся ролики 17 и 18. Концы нитей, обозначенные стрелкой, присоединяются к самотормозящим лсбедкам (на чертеже не показаны) . Посредством этих лебедок полки 18 и 14 можно плавно поднимать и опускать, поддерживая тем самым уровень воды в напорных сосудах на любой заданной высоте или изменяя его в соответствии с заданными граничными условиями.

Результат гидравлического интегрирования дифференциального уравнения теплопроводности (или точнее — заменяющего его уравнения в конечных разностях при заданных начальных и граничных условиях, которые могут быть бесконечно разнообразны) получается в виде кривой 19, проходящей через несколько узловых точек. Положение узловых точек на этой кривой показано кружками, которые лежат между сосудами интегратора, имеющими одинаковый уровень воды. Высота положения крайней правой узловой точки, находящейся между сосудами 8 и левым сосудом из системы сосудов 1, отображает температуру наиболее нагретой поверхности стенки. Температура другой, более холодной поверхности стенки, отображается высотой положения крайней левой узловой точки, лежащей между правым сосудом из системы сосудов 1 и сосудом 4. Остальные четыре узловые точки дают температуру в тех поверхностях стенки, которые удалены от ее горячей поверхности на расстояние Лх, 2Лх, ЗЛх и

4Лх соответственно. Если рычажная № 96947 система 9 оттянута в крайнее правое положение и, следовательно, краны с четными номерами открыты, а краны с нечетными номерами закрыты, то узловые точки будут давать температуру в тех точках стенки, которые удалены от горячей поверхности стенки на расстояние, соответственно равное: / Лх, 1 /Лх, 2 / Ах, 3,/ Лх и 4 />Ах.

Кривая, проведенная через эти узловые точки, будет относиться к моменту времени (rn + 0,5) Лт часов, где т — число, показываемое счетчиком 10, а Лт — длительность элементарного отрезка времени, соответствующего двум последовательным переключениям кранов, которая равна Лх- : 4а-ч.

Предмет изобретения

1. Гидравлический интегратор для решения дифференциального уравнения теплопроводности по методу конечных разностей, основанный на законах гидростатики и состоящий из ряда вертикальных сосудов и напорных резервуаров. соединенных между собой посредством трубок или каналов. перекрывающихся кранами, клапанами H;IH золотниками, и о тл ич а ю щи йс я тем, что, с целью повышен ия точности интегрирования, краны, клапаны или золотники соединены с управляющей или рычажной системой так, что каждый сосуд интегратора при переключении кранов, клапанов или золотников сообщается то с одним, то с другим соседним сосудом или напорным резервуаром на время, достаточное для выравнивания уровней в сообщающихся сосудах, при невозможности одновременного сообщения между тремя или более соседними сосудами.

2. Форма выполнения интегратора по п. 1, отличающаяся тем, что привод рычажной системы соединен со счетчиком переключений, число которых пропорционально времени протекания изучаемых процессов. № 96947

Отв. редактор Л. Г. Голандский

Стандартгиз. Поод. к печ. 10/V 1957 г. Объем 0,25 и. л. Тираж 430. Цена 50 коп.

Типография Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Неглинная, 23. Зак, 2788,