Балан А. С. Схемотехническое моделирование нагрева подвижным источником тепла /  А.С. Балан, В. В. Симонов, Е. Г. Трофименко // Моделирование в прикладных научных исследованиях : материалы VIII семинара. – Одесса : ОГПУ, 2001. – С. 42-45

Balan, A. S.

Simonov, V. V.

Trofimenko Elena G.

Балан, А. С.

Симонов, В. В.

Трофименко Елена Григорьевна

Трофименко Олена Григорівна

Undetermined

Electronic National University Odessa Law Academy Institutional Repository

МОДЕЛИРОВАНИЕ В ПРИКЛАДНЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ – VIII 2001 42 СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НАГРЕВА ПОДВИЖНЫМ ИСТОЧНИКОМ ТЕПЛА Балан А.С., Симонов В.В., Трофименко Е.Г.  В основе метода расчета термических условий поверхностного нагрева – схемотехническая модель, опирающаяся, в свою очередь, на электротермиче-скую аналогию физических явлений переноса. Построение схемотехнической модели начинали с создания физической модели объекта, его геометрического структурирования и определения способов моделирования внешнего теплопод-вода от подвижного источника. Рассмотрим нагрев объекта подвижным источником тепла путем сканиро-вания его поверхности таким источником, создающим номинальный тепловой поток к объекту Q. Такой объект отличается достаточно высокой сложностью, поэтому выполняли его структурирование. При переходе к дискретизации моде-ли объект представляли в виде отдельных элементов (рис. 1). Рис. 1. Геометрическое структурирование объекта моделирования.  В соответствии с выполненным структурированием схема объекта нагрева в целом распадается на N элементарных ячеек, внутренняя структура которых едина, по n элементарных ячеек в строке одного прохода источника тепла вдоль оси Y. Перемещение источника вдоль поверхности нагрева моделировали в этом случае путем переключения точек подвода источников питания модели. В на-стоящей работе в такую систему внесены следующие изменения: — группу элементов, содержащих до нескольких десятков деталей, заме-няли макросом, что резко уменьшало общее количество деталей и повышало раз-решающую способность и точность моделирования; —  в соответствии с принципом суперпозиции эффект от перемещения ис-точника питания от элемента к элементу заменяли на суммарный эффект от им-МОДЕЛИРОВАНИЕ В ПРИКЛАДНЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ – VIII 2001 43 пульсного действия многих источников (рис. 2). При этом полагали, что источник тепла двигается не непрерывно, а скач-ками, задерживаясь на каждой площадке на время, равное времени прохода этой площадки реальным источником, движущимся со скоростью V. Длина строки L одного прохода источником тепла вдоль оси Y  равна: ( )1-=-=d-= nnLnLLYL ,     (1)  Рис. 2. Суммарный эффект от импульсного действия многих источников.  где   d = L/n  – расстояние между двумя соседними точками воздействия им-пульсного источника тепла;   n – количество точек воздействия импульсного источника тепла в одной строке;   Y – длина исследуемого объекта. Время переключения точек подвода импульсных источников тепла опреде-ляется как:  Vпереклd=t .                                                         (2) Таким образом, осуществляется замена непрерывного процесса нагрева движущимся источником на сумму процессов нагрева различными источниками, МОДЕЛИРОВАНИЕ В ПРИКЛАДНЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ – VIII 2001 44 действующими импульсно в разных местах объекта и в разное время. В результате такой замены в соответствии с принципом суперпозиции имели: ( ) ( )å==NiiNiистимпткистподвтк qTQТ1........ ,   (3) где   ( )QТ истподвтк ....  – суммарный температурный эффект нагрева от подвижного источника в контрольной точке; ( )iNiистимптк qТ ....  – температурный эффект от действия i-го импульсного ис-точника в контрольной точке. Тепловой поток, входящий в уравнение (3), может быть представлен раз-ложением прерывистой подачи тепла в ряд Фурье: ÷øöçèæ ppp+= å¥=100 212kakakkaQq cossin ,   (4) где q – эквивалентный тепловой поток; a – период тепловой обработки; а0 – часть периода, на котором действует номинальный тепловой поток Q. Величины а и а0 определяются конфигурацией обрабатываемой поверхно-сти, видом траектории сканирования и скоростью перемещения источника тепла V. Фрагмент общей электрической модели поверхностного нагрева литейной формы струей натекающих раскаленных газов приведен на рис. 3. Рис. 3. Фрагмент схемотехнической модели сканирования поверхностного нагрева. МОДЕЛИРОВАНИЕ В ПРИКЛАДНЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ – VIII 2001 45 На схеме источник Е моделирует тепловой потенциал источника нагрева; резистор R0 – коэффициент теплоотдачи в передней критической точке и ее окре-стностях D; R1 – коэффициент теплоотдачи в точках, отстоящих на расстоянии   D ... 2D от критической; R2 – 2D ... 3D; Rn – (n – 1)D ... nD от критической точки; резисторы R и конденсаторы С – теплофизические свойства материала формы. Реализация такой электрической модели – весьма сложный и дорогой про-цесс, так как она требует изготовления сложной электрической схемы и специ-ального механического устройства для перемещения подводящего электрода в соответствии с траекторией нагрева. Кроме того, не учитывается теплоотвод от обрабатываемой поверхности на тех участках, где в данный момент не осущест-вляется подвод тепла. Все перечисленные недостатки были устранены при замене реальной элек-трической модели ее схемотехническим воплощением. Такая замена была осу-ществлена с помощью схемотехнической САПР MICRO-CAP V.  Съем информации в виде кинетики изменения напряжения в любой из уз-ловых точек осуществляется в этой САПР автоматически с последующим пере-счетом на кинетику нагрева соответствующей точки внутри формы. В результате получаем температурное поле в плите, с помощью которого можно определить скорость ее нагревания в любой ее точке, температурные пе-репады внутри плиты, а, главное, можно контролировать прогрев до заданной температуры на заданной глубине, влияя на величину и другие характеристики теплового потока в зависимости от  целей исследования. 

Схемотехническое моделирование нагрева подвижным источником тепла

http://dspace.onua.edu.ua/bitstream/11300/4190/1/Trofimenko%20E.%20G.%20Shemotehnicheskoe%20modelirovaniya%20nagreva.pdf

Схемотехническое моделирование нагрева подвижным источником тепла

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic National University Odessa Law Academy Institutional Repository