УСТРОЙСТВО для МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ ЖИЛЫХ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ Советский патент 1973 года по МПК G06G7/56 G06G7/46 

1

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-дпфференциальных 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 исходные данные задаются с небольшой точностью, экономически целесообразнее использовать моделирующие устройства, сочетаю1цие в себе простоту конструкции и обслуживания п пе требующие от оператора специальной математической подготовки.

Известны устройства, предназначенные для расчета темнературных нолей в отдельных ограждениях помещения, состоящие из резистивных 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 нереноса тепла ко)1векцией, 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 помещепия, подключены к параллельно соединенным резисторам, моделирующим внутренние тепловыделения в помещении, резисторам, моделирующим лучистый теилообмен между ограждениями помещений, и резисторам, моделирующим коивентивный теилообмен, выходы арифметических блоков элементов соединены с делителем напряжения, выполненным в ввде плоского листа электропроводящего материала, на котором нанесены в виде графиков начальные распределения функции. Уравнение теплового баланса в отдельном помещении записывается в следующем виде: (.тгс + Е-СД) Q (О + Q (О, (1) где V - объем помещения, т - масса предметов, находящихся в помещении, с - удельная те плоемкость, р плотность, )-суммарная величина тенлопостуилений (прямая и диффузионная радиация, прощедщие через остекление, от освещения, присутствия людей, инфильтрации воздуха и т. и.), Q(/) - теплопоступлсния от внутренних и наружных ограждений. В уравнении (I) неизвестными являются температура воздуха впутри помещения Uj..(t) и температуры на внутренних поверхностях ограждения () (О , 2, ...М, где М - число ограждений. Величины Но (t) находятся из рещения уравнения теплопроводности: dt/J( c4J Tt , j l, 2, ... - число составных частей г-го ограждения. Граничные условия для уравнения (2) записываются с учетом радиационного и конвективного переноса тепла. К внутренним ограждениям относятся те, в отношении которых можно предположить с достаточным приближением существование одинаковых средних температур по обеим пх сторонам (в соседних помещениях поддерживается такой же тепловой режим), тогда на поверхности х - г-го внутреннего ограждения имеет место условие симметрии: )-o ,/2 - v л - Полученная система дифференциальных уравнений записывается в конечно-разностной форме по трехтрчечной неявной схеме. Предлагаемое устройство для рещения системы уравнения температурного поля в жилых и промышленных помещениях основано на методе аналогий. Принципиальная электрическая схема устройства приведена на чертеже для случая трех ограждений (, 2, 3). Ценочки резисторов , 1. ., , МЛ, 1,1, 2,1. . ., . (блок / I) ,-Ь . . , N2-1, ,2, ,2,. .., ,2 (лок / II); ,ь(3) ..., М , ,3, ,3,..., ,3 (блок / III) являются арифметическими элементами для рещения разностных уравнений, онисывающих температурные поля в ограждениях. Число их определяется количеством ограждений в помещении и может быть при необходимости увеличено или уменьщено. Переменные резисторы Rg( служат для учета внутренних тепловыделений в помещении и подключаются соответственно в узлы О арифметических блоков , RIJ, Rllf. Резисторы , Ray являются аналогами «телловых сотаротивленпй лучистому теплообмену между поверхностями {х 0) ограждений; резисторы RKO RKOH кон учитывают «тепловые сопротивления конвективному теплообмену между поверхностями (x 0) ограждений и воздухом впутри помеп1,ения. Изменение теплосодерл ания в 1юмеид.ении за счет инфильтрации воздуха осуществляется введением в узел У/ дополнительного тока через резистор теплоемкость воздуха и предметов, находящихся в помещении, учитывается подключением в узел У1 резистора RQ. Величины резисторов в схеме на чертеже находятся из сравнения уравнений, описывающих распределение потенциа.тов ( УО - напряжение питания делителя D) в узлах электрической 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 качестве делителя напряжения D берется плоская однородная электропроводная среда достаточно больших размеров (в зависимости от требуемой точности решения). Пачальное распределение функции наносится в виде графиков на. поверхности среды (плоского потенциометра). Информация в виде напряжений снимается с помощью подвиж 1Ых контактов с гибкими шнурами К (вручную или автоматически) непосредственно с графиков. Результат решения с выходов арифметических элементов нереносится в виде графиков нуль-методом, на ту же плоскую электропроводную среду. Полученные кривые затем используются для подачи информации на входы арифметических элементов при получении решения на следуюшем временном слое и т. д. Предмет изобретения Устройство для моделирования температурых нолей жилых и производственных помещёний, содержащее делители напряжения, резисторы и арифметические блоки, отличающееся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач, повышения быстродействия и упрош,ения 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 теплообмен между ограждениями помещений, выход каждого арифметического блока соединен с делителем напряжений, выполненным в виде плоского электропроводящего листа с нанесенными на нем графиками начального распределения функций.

r7y -VV A;jkl l,j ;, .h. J

nIt-Zl / Li.J гз

о 12-1) /Ч/ 0. . / il з- з