Устройство для моделированиятеплофизических свойств нетермостабильных материалов

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН Ия

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (»(4284О7

Союз Советских

С оциалистицеских

Республик (б1) Зависимое от авт. свидетельства— (22) Заявлено 03.01.73 (21) 1869628/18-24 с присоединением заявки №вЂ” (32) Приоритет—

Опубликовано 15.05.74. Бюллетень ¹ 18

Дата опубликования описания 08.04.75 (51) М. Кл. С> 06g 7/48

Государственный комитет

Совета Министров СССР аа делам ивааретаний и отнра(тии (53) УДК 681.333 (088.8) (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

И. Ф. Жеребятьев, В. И. Козин и А. Т. Лукьянов

Казахский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. С. М. Кирова (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

НЕТЕРМОСТАБИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ дU дЧ/ д () д>с2 >

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике.

При интенсивном нагреве теплоизоляционных материалов в поверхностных слоях могут возникать большие температурные градиенты.

В этом случае точный расчет температурного поля можно сделать только, если учитывать температурную зависимость теплофизических свойств материала. Для термостабпльных материалов с обратными свойствами коэффициент теплопроводности и коэффициент теплоемкости сравнительно легко определяются из анализа частных решений линейного уравнения теплопроводности (методы регулярного режима, стационарные, импульсные и др,).

Однако в качестве теплоизоляции (особенно в последнее время) часто применяют материалы, в состав которых входят связующие органической природы и различные наполните . В процессе нагрева .- матер алы Огут 20 разлагаться с выделением или поглощением тепла, менять структуру, участвовать в массообмене и т. д. Причем скорость изменения свойств материала зависит не только от температуры, но и от интенсивности нагрева. Необратимые изменения свойств, связанные с условиями работы, в сильной мере усложняют проблему определения теплофизических характеристик теплозащитных материалов. В связи с этим весьма актуальной является разработка новых методов, учитывающих специфику работы матерна,ча.

Известно устройство для моделирования теплофизических свойств нетермостабильных материалов, содержащее нуль-индикатор. Однако такое устройство имеет довольно узкий круг решаемых задач.

Цель изобретения — расширение класса решаемых задач. Для этого устройство содержит решающий элемент, нучь-орган, сплошную электропроводную среду с нанесенным на ней в виде кривых полем нестацпонарного распределения температуры и группу подвижных контактов, соединяющих точки одной пз кривых распределения температуры с входом решающего элемента аналогового действия, выход которого соединен через нуль-орган с соответствующей точкой последующей кривой распределения температуры и отрабатывающего параметры решающего элемента до установления равновесия в цепи.

Принцип действия устройства основан на нахождении теплофизических характеристик материала, исходя из известного нестацпонарного температурного поля в образце.

Уравнение теплопроводности с выбранными граничными условиями имеет вид

428407 где

При равновесии

U(l,t) = U(t) ср U(0,t) U, а„, И 1

Ьх 2 + R/Ro а„,>At 1 с

Лх- 2 и й

Un 1 — 2Un+ Untl

2 + RIRo

В явной конечно-разностной форме оно представляется

Un, + — Un, U — 2U„, + U.+ — а„, Ьх -

Выбор интервалов At и координаты Лх связан с условием устойчивости

На чертеже изображена схема устройства.

Плоский однородный электропроводный материал 1 наложен через тонкую изоляционную прокладку на стальную пластину 2. К противоположным граням материала через параллельные подвижные токосъемные элементы 8 .подводится напряжение от источника 4.

Арифметический элемент предлагаемого устройства состоит, в простейшем случае (при использовании явной конечно-разностной аппроксимации), из трех резисторов R>, Rg u Ro

Работает устройство следующим образом.

Перед началом решения на плоский электропроводный материал наносят нестационарное температурное поле в виде кривых, отстоящих одна от другой на временном интервале

At (на чертеже показаны две кривые изменения температуры для времени kAt и (/г+1)Ж).

С помощью подвижных токосъемных элементов и гибких шнуров напряжение с точек и — 1, и, и+1 кривой kAt подается на вход решающего элемента. Получаемое на его выходе напряжение сравнивается через нуль-индикатор 5 с напряжением в точке и на кривой (k+I)At. Напряжение разбаланса подается на вход отрабатывающего устройства, регулирующего параметры арифметического элемента (в рассматриваемом примере величину резистора Ro). Для решающего элемента при R> ——

R2 Ro

Отношение R/Ro при равновесии схемы пропорционально величине коэффициента температуропроводности а в интервале температур U +, — U, . Передвин у в подвижные токосъемные элементы по кривой kAt, получают ряд значений коэффициента температуропроводности для различных интервалов тем15 ператур. Затем передвигают контакты по кривои (k+1)At и сравнивают напряжение на выходе арифметического элемента с напряжением соответствующей кривой (k+2)At и т. д.

В результате находят значения коэффициента для спектра температур.

Устройство является особенно эффективным при исследовании нетермостабильных материалов, когда классические методы оказываются непригодными.

Предмет изобретения

Устройство для моделирования теплофизизо ческих своиств нетермостабильных материалов, содержащее сплошную электропроводную среду с нанесенным на ней последовательно функциональным распределением температур, 35 нуль-индикатор и подвижные токосъемные элементы, отличающееся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач, оно содержит решающий элемент, выполненный в виде параллельно соединенных резисторов, подклю40 ченных через соответствующие подвижные токосъемные элементы к сплошной электропроводной среде в точках, соответствующих предыдущему функциональному распределению температур, выход и вход решающего элемента подключены к нуль-индикатору, подклю45 ченному через соответствующий подвижный токосъемный элемент к сплошной электропроводной среде в точке, соответствующей последующему функциональному распределению температур.

428407

Составитель Е. Тимохина

Техред Г. Васильева

Редактор T. Юрчикова

Корректор В. Гутман

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент».

Заказ 78/419 Изд. № 1575 Тираж 624 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, )К-35, Раушская наб., д. 4/5