ЭЛЕКТРОМОДЕЛЬ СЕЛЕКТИВНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК G06G7/56 

Изобретение относится к вычислительной технике и преимущественно может использоваться в аналоговой технике.

Известны электромодели, предназначенные для исследования радиационного теплообмена при черных и серых оптических свойствах лучеобменивающихся зон [1]
Однако в практике тела (жидкие, газообразные и твердые) обладают селективными свойствами, которые не учитывают известные электромодели.

Известная электромодель Оппенгейма [2] имеет узлы равновесного и узлы эффективного излучения. В узлах равновесного излучения соответственно закону Стефана-Больцмана поддерживаются потенциалы аналоги плотностей равновесного интегрального по спектру излучения. Узлы равновесного излучения связаны с узлами эффективного излучения резисторами, чья проводимость пропорциональна угловым коэффициентам самооблучения зон. Узлы эффективного излучения взаимосвязаны резисторами, чья проводимость пропорциональна угловым коэффициентам взаимооблучения соответственных зон. Под действием потенциалов равновесного излучения в ветвях модели возникают токи, пропорциональные потокам энергии, которыми обмениваются зоны, и в узлах эффективного излучения устанавливаются потенциалы, пропорциональные плотностям потоков эффективного излучения одноименных зон.

Эти модели оперируют только с интегральным по спектру излучением и содержат относительно большое число ветвей, что усложняет и удорожает моделирующее устройство.

Задачей, решаемой изобретением, является создание электромодели, способной учитывать селективные излучения энергообменивающихся зон. Положительный эффект заключается в повышении точности моделирования за счет учета особенностей энергообмена внутри объема и на границах лучеобменивающихся зон и упрощении схемы.

Сущность изобретения состоит в том, что электромодель, содержащая источники потенциалов и токов, R-сетку, снабжено повторителями спектрального узлового тока, формирователями спектральных потенциалов, сумматорами спектральных токов в каждом узле и задатчиком температуры и выполнено в виде блоков, каждый из которых соответствует одноименному расчетному участку спектра длин волн излучения и состоит из R-сетки, любой узел которой соединен с остальными узлами резисторами с проводимостью, пропорциональной разрешающим коэффициентам взаимооблучения между физическими зонами в одноименном участке спектра, при этом между узлом и выходом одноименного формирователя спектрального потенциала включен вход повторителя тока, выход которого соединен с выходами остальных повторителей токов, относящихся к данной пространственной зоне, и подключен к входу сумматора спектральных токов этой же зоны, а входы формирователей потенциалов каждой зоны соединены в задатчиком температуры этой зоны.

На чертеже представлена принципиальная схема электромодели радиационного энергообмена при селективных оптических свойствах.

Электромодель содержит задатчик 1_k температуры k-й пространственной зоны (k 1, 2, i, j. m), повторитель 2_iν спектрального узлового тока i в участке спектра ν формирователь 3_iν потенциала в узле равновесного излучения i в полосе спектра ν ( ν= 1, 2.νn), сумматор 4_i спектральных токов в каждом узле i по всем участкам спектра, резисторы 5_klν, соединяющие каждый спектрально-пространственный узел (k ν) данного спектрального слоя со всеми остальными узлами.

Между выходом формирователя 3_iν потенциала и соединенным с ним соответствующим спектральным узлом включен вход повторителя 2_iν тока. Выходы всех повторителей тока, относящихся к одноименной пространственной зоне (К const) и разным участкам спектра ( ν= 1, 2, n), соединены с входом сумматора 4_k. К задатчику 1_k температуры присоединены входы всех формирователей 3_i потенциалов одной зоны.

Таким образом, модель для каждой спектральной полосы имеет свой слой ( ν const), содержащий формирователи 3_iν потенциалов, блоки резисторов 5_klν, и повторители 2_iν спектрального узлового тока.

Число спектральных слоев ν равно числу расчетных участков спектра h. На чертеже спектральные слои расположены горизонтально друг над другом. Элементы модели, относящиеся к пространственным одноименным зонам, размещены на чертеже по одной вертикали.

Задатчик 1_k формирует на своем выходе потенциал U₁, пропорциональный абсолютной температуре Т_k, соответствующей физической зоны К. Получая этот потенциал U_1k на вход, формирователь 3_kν, потенциалов создает на своем выходе потенциал U₁, ν пропорциональный плотности E_kν, потока равновесного излучения физической зоны К на характерной частоте ν первого участка спектра излучения соответственно известному закону Планка. Формирователь 3_kν, потенциалов имеет бесконечно большое входное сопротивление и ничтожно малое выходное. Повторитель 2_k тока на своем выходе повторяет точно по величине и направлению спектральный узловой ток, формирующийся на входе. Повторитель тока имеет ничтожно малое входное сопротивление и бесконечно большое выходное сопротивление. Сумматор 4_k выполняет функции измерителя интегрального тока пространственной зоны К, пропорционального полному потоку результирующего излучения физической зоны К, интегральному по всем участкам спектра. Спектральные проводимости резисторов 5_Кlν, пропорциональны разрешающим коэффициентам взаимооблучения физических зон К и l в данном участке спектра ν Входы формирователей потенциала одноименной зоны всех разных участков спектра объединены и получают один потенциал, пропорциональный температуре этой зоны. Выходы повторителей спектральных токов, относящихся к одноименной пространственной зоне и разным участкам спектра, объединены на общий сумматор шину интегрального тока этой физической зоны, с которой на общую точку схемы через измеритель тока протекает ток, пропорциональный интегральному по спектру потоку результирующего излучения данной зоны. Эти поперечные связи по напряжению и току между спектральными слоями модели позволяют придать ей целостность и правильно отобразить в ее работе физическую картину энергообмена излучением при селективных оптических свойствах поверхностных и объемных зон.

Использование условно слоистой структуры модели и новых элементов, формирователей потенциалов по закону Планка, повторителей тока и спектральных проводимостей, которые пропорциональны разрешающим коэффициентам взаимооблучения энергообменивающихся зон, выгодно отличает предлагаемую модель от прототипа, так как существенно уменьшает погрешности, обусловленные неучетом спектральности радиационных свойств лучеобменивающихся объемных и граничных зон. В результате более детально вскрывается физическая картина радиационных взаимодействий, появляется возможность учесть влияние частоты и ширины различных участков спектра излучения на энергообмен.

Изобретение позволяет учитывать селективные излучения и повысить точность моделирования. Электромодель выполнена в виде блоков в количестве, соответственном расчетному числу участков спектра длин волн излучения, состоящих из R-сетки, любой узел которой соединен с остальными узлами резисторами, формирователя спектрального потенциала, причем между выходом и одноименным узлом включен вход повторителя тока, выход которого соединен с выходами остальных повторителей токов, относящихся к данной пространственной зоне, и подключен к входу сумматора спектральных токов этой же зоны, а входы формирователей потенциалов каждой зоны соединены с задатчиком температуры этой зоны. 1 ил.

ЭЛЕКТРОМОДЕЛЬ СЕЛЕКТИВНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащая источники тока, отличающаяся тем, что в электромодель введены n спектральных R-сеток (n- количество расчетных участков частотного спектра), m задатчиков температуры (m количество пространственных зон моделируемой среды), m сумматоров спектральных токов и матрица размерностью m х n, включающая формирователь спектрального потенциала и повторитель спектрального узлового тока, причем выход i-го задатчика температуры подключен к входу iν -го формирователя спектрального потенциала матрицы выход которого соединен с первым входом iν -го повторителя спектрального узлового тока, второй вход которого подключен к iν -му узлу спектральной R-сетки n -го расчетного участка частотного спектра, выход iν -го повторителя спектрального узлового тока матрицы подключен к соответствующему входу i-го сумматора спектральных токов, причем любой узел в каждой спектральной R-сетке соединен с остальными узлами резисторами с проводимостью, пропорциональной разрешающим коэффициентам взаимооблучения между пространственными зонами моделируемой среды в одноименном участке частотного спектра.