Устройство для решения обратной задачи теплопроводности

 

Изобретение относится к гибридной вычислительной технике и предназначено для моделирования переменных в пространстве коэффициентов теплообмена между средой и поверхностью исследуемого объекта в случае решения обратной задачи теплопроводности. Цель изобретения - определение переменных в пространстве граничньк условий , - достигается тем, что в устройство введены сумматор, амплит удный детектор, ключ, компаратор и блок управления , включающий элементы И, элементы ИЛИ, элемент НЕ, реверсивный счетчик, дешифратор, регистр, блок сравнения, счетчик, генератор импульсов и двухуровневый блок сравнения . Проводимая с помощью устройства автоматизация процесса поиска граничных условий позволяет получать устойчивые решения для широкого диапазона изменения теплофизических характеристик исследуемых объектов. 3 ил. с ф ю с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„, 14014 (51)4 G 06 G 7/56

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4003143/24-24

:(22) 02.01.86

;.(46) 07.06.88. Бюл. Р 21 (71) Институт проблем машиностроения АН УССР (72) 10.М.Мацевитый, О.С.Цаканян и В.А.Иванов (53) 681.333 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 358706, кл. С 06.6 7/56, 1971.

Авторское свидетельство СССР

В 744647, кл. С 06 G 7/56, 1978. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕПЕНИЯ ОБРАТНОЙ

ЗАДАЧИ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ (57) Изобретение относится к гибридной вычислительной технике и предназначено для моделирования переменньж в пространстве коэффициентов теплообмена между средой и поверхностью исследуемого объекта в случае решения обратной задачи теплопроводности.

Цель изобретения — определение переменных в пространстве граничньм усло1 вий, — достигается тем, что в устройство введены сумматор, амплитудный детектор, ключ, компаратор и блок управления, включающий элементы И, элементы ИЛИ, элемент НЕ, реверсивный счетчик, дешифратор, регистр, блок сравнения, счетчик, генератор импульсов и двухуровневый блок сравнения. Проводимая с помощью устройст- . ва автоматизация процесса поиска граяичных условий позволяет получать устойчивые решения для широкого диапазона изменения теплофизических характеристик исследуемых объектов. 3 ил.

1401488

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для определения переменных в пространстве коэффициентов теплообмена между средой и поверхностью исследуемого объекта путем решения обратной задачи теплопроводности.

Цель изобретения — расширение функциональных .возможностей за счет определения переменных в пространстве граничных условий.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройствами на фиг.2— схема блока сравнения; на фиг.3— схема блока управления.

Устройство для решения обратной задачи теплопроводности (фиг. 1) содержит R-сетку 1, группу блоков 2 сравнения, сумматор 3, амплитудный детектор 4, компаратор 5, ключ 6, блок 7 управления, блок 8 кодоуправляемых резисторов и делитель 9 напряжения.

Блок сравнения (фиг.2) содержит 25 повторитель 10, вычитатель 11, идеальный диод 12, сумматор 13, причем вход повторителя 10 соединен с узловой точкой R-сетки 1, а выход — с первым входом вычитателя 11, второй 30 вход которого соединен с выходом делителя 9 напряжения, выход вычислителя 11 одновременно подключен к входу идеального диода 12 и второму

Входу сумматора 13, первый вход которого соединен с выходом идеального диода 12.

Блок 7 управления (фиг.3) состоит из генератора 14 импульсов, с первого по третий элементы И 15-17, реверсив-40 ного счетчика 18, счетчика 19, дешифратора 20, регистра 21, блока 22 сравнения, двухуровневого блока 23 сравнения, первого 24 элемента ИЛИ, второго 25 и первого 26 триггеров, 45 второго элемента ИЛИ 27, элемента

НЕ 28, третьего триггера 29. Блок 23 включает сумматоры 30, элемент ИЛИ 31, источники 32 опорного напряжения.

Устройство работает следующим образом.

Из i-го узла R-сетки 1 (фиг.1) на вход повторителя 10 (фиг.2) поступает текущая величина потенциала U1, которая повторяется на его выходе и

55 пОдается на первый вход вычитателя.

11 на его второй вход — величина

Ф

% потенциала tJ; с выхода делителя 9 напряжения (фиг.1), На выходе вычитателя 11 образуется разность U. -U, 1 (коэффициент передачи вычитателя равен единице). Далее разность U -U

1 одновременно поступает на вход идеального диода 12 и на второй вход сумматора 13 (коэффициент передачи по второму входу равен единице, а по первому — двум).

Идеальный диод 12 имеет коэффициент передачи, равный единице, и обеспечивает на выходе зависимость

Ф

На выходе сумматора 13 при изменении сигнала U; в диапазоне—

U„àêñ c. U и U»„ формируется модуль разности V1- U» ";.

Амплитудный детектор 4 (фиг.1) предназначен для запоминания экстремальных значений входного сигнала.

Амплитудный детектор работает в. двух режимах выборки и хранения.

При возрастании входного напряжения

U Ä оно отслеживается выходным напряжением схемы, а при уменьшении U ек амплитудный детектор переходит в ре жим хранения и запоминает предыдущее максимальное значение входного напряжения. Это напряжение удерживается на блоке амплитудного детектора либо до появления большего сигнала на входе, либо до команды сброса в исходное положение.

По сигналу подготовки к решению (сигнал на фиг.1 и 3 не показан) производится установка в исходное состо" яние счетчиков 18 и 19 (фиг.3), а в регистр 21 записывается с клавишного регистра количество определяемых параметров.

По сигналу "Пуск" через триггер

29 поступает разрешение на прохождение импульсов с генератора 14 через элемент И 15. Этот же сигнал устанавливает триггеры 25 и 26 в исходное состояние (фиг.3). Импульсы с генератора 14 поступают на реверсивный счетчик 18, причем они могут поступать либо на суммирующий, либо на вычитающие входы счетчика, это зависит от того, в каком состоянии находится триггер ?6. Его прямой и инверсные выходы подключены к элементам И 16 и 17, которые являются вентилями для прохождения импульсов с генератора 14.

Поскольку процесс решения только начался, на счетчике 19 находится нулевой адрес и в дешифраторе 20 формируется нулевой адрес, поступающий на

4() 1 с4 88

50 вход разрешения нулевого кодоуправляемого резистора 8 (фиг.1) на информационные входы которого поступает код со счетчика 18. На выходе кодоуправляющего резистора 8 формируется электрический сигнал, который поступает в граничный узел R-сетки 1, в это же время на выходах остальных кодоуправляющих резисторов ток равен нулю.

На R-сетке 1 формируется поле электрических потенциалов.

Информация о состоянии потенциалов в точках наблюдения поступает из узлов R-сетки 1 на первые входы блока 2 сравнения, à íà его вторые входы поступают величины потенциалов с выходов делителя 9 напряжения. Зти потенциалы устанавливаются перед решением задачи в соответствии с информацией об истинных (замеренных) температурах в теле (потенциалов).

На выходах блоков 2 сравнения формируются разности потенциалов для каждой точки наблюдения. Затем эти сигналы складываются на сумматоре 3, на выходе которого формируется функционал невяэки F =,К JU; — U; ((на 1 один из выходов сумматора 3 подается отрицательный максимальный сигнал (-E o„ ). Зто необходимо для того, чтобы уменьшение величины функционала невязки на самом деле приводило бы к его увеличению по абсолютной величине, так как амплитудный детектор 4 реагирует только на максимальную величину потенциала. В связи с этим на опорные входы блока 23 сравнения подаются напряжения -Е щ хс Е макс+ Е, где Я вЂ” величина машинного нуля устройства.

Величина функционала F изменяется при изменении тока на выходе кодоуправляемого резистора 8 от О до и поступает на вход амплитудного детектора 4, который запоминает минимальную величину функционала невязки в диапазоне изменения сопротивления кодоуправляемого резистора 8. Как только это сопротивление достигнет величины R „, о чем свидетельствует появление единицы в разряде переполнения счетчика 18 (фиг.3), по сигналу переполнения триггер 26 изменяет свое состояние на противоположное и импульсы с генератора 14 поступают на вычитающий вход счетчика 18.

Одновременно единичный потенциал с

45 прямого выхода триггера 26 замыкает ключ 6, который подключает выход сумматора 3 к второму входу компаратора 5, первый вход которого подключен к выходу амплитудного детектора 4.

В результате при изменении величины кодоуправляемого резистора 8 от R< x в сторону уменьшения происходит сравнение минимальной величины функционала невязки с его же значением, которое запомнил амплитудный детектор 4, На выходе компаратора 5 появляется сигнал "1" (назовем его "Метка"), который одновременно изменяет адрес на счетчике 19, устанавливает счетчик 18 в нулевое состояние, сбрасывает амплитудный детектор 4 в исходное состояние, перебрасывает в противоположное состояние триггер 26, который в свою очередь размыкает ключ 6 и позволяет импульсам с генератора 14 поступать на суммирующий вход счетчика 18. Изменение адреса на счетчике 19 не позволяет больше записываться информации в кодоуиравляемый резистор по адресу "О", и на нем фиксируется величина сопротивления, при которой был достигнут минимум функционала в данном цикле решения.

Затем производится поиск минимума в втором цикле решения (управлению подвержен очередной параметр при фиксированных остальных) . Процесс аналогичен предыдущему. После того, как произойдет поиск Р „„ по всем параметрам и двухуровневый блок 23 сравнения выдаст сигнал о прекращении процесса решения, произойдет формирование сигнала на блоке 22 сравнения, который установит счетчик 19 в нуль.

Повторение циклов решения снова начинается с нулевого параметра при фиксированных остальных. На кодоуправляемых резисторах будут величины сопротивления, при которых дос.тигнуты минимальные значения F в соответствующих предыдущих циклах решения.

Окончание процесса решения происходит по сигналу с блока 23 сравнения, который свидетельствует о том, что F«„ < Я, Зтот сигнал paspemaeT прохождение импульсов с генератора 14.

Таким образом, в данном случае в устроистве происходит процесс определения граничных условий третьего

5 1 i01488 6 рода, т.е. коэффициент теплообмена.

Величина коэффициентов теплообмеиа определяется по формуле

oL = — — — ) К, ° h

1 где R

Rg,— сопротивление между граничным узлом модели и узлом, ближайшим к нему; коэффициент теплопроводности, шаг сетки величина сопротивления граничного резистора, полученная в результате решения обратной задачи, участок поверхности, для которого определяется коэффициент теплообмена.

Формула изобретения

20 коды которого соединены с управляющими входами блока кодоуправляемых резисторов, входы разрешения которого подключены к выходам дешифратора блока управления, вход которого соединен с выходом счетчика и первым входом блока сравнения блока управления, второй вход которого подключен к выходу регистра, выход блока сравнения соединен с входом сброса. счетчика, счетный вход которого соединен с первымй входами первого и второго элементов ИЛИ и подключен к выходу компаратора устройства, выход первого элемента ИЛИ блока управления соединен с входом сброса реверсивного счетчика, выход которого подключен к второму входу второго элемента ИЛИ, выход которого непосредственно соединен с С-входом первого триггера и через элемент НЕ с С-входом второго триггера, вход "Пуск"

Устройство для решения обратной задачи теплопроводности, содержащее

R-сетку, внутренние узлы которой > подключены соответственно к первым входам блоков сравнения группы, вторые входи которых соединены соответственно с первой группой выходов делителя напряжения, вторая группа выходов которого подключена к информационным входам блока кодоуправляемых резисторов, выходы которого соединены с граничными узлами R-сетки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет определения переменных в пространстве граничных условий, в него введены сумматор, амплитудный детектор, ключ, компаратор и блок управления, элементы И, элементы ИЛИ, элемент НЕ, реверсивный счетчик, дешифратор, регистр, блок сравнения, счетчик, генератор.импульcos и двухуровневый блок сравнения, причем в блоке управления выход генератора импульсов подключен к перво му входу первого элемента И, выход которого соединен с первыми входами второго и третьего элементов И, выходы которых соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, вы25

50 устройства соединен с единичными входами третьего и второго триггеров, вторым входом первого элемента

ИЛИ и нулевым входом первого триггера блока управления, инверсный выход которого подключен к второму входу второго элемента И и D-входу второго триггера, прямой выход которого соединен с D-входом первого триггера, прямой выход которого подключен к второму входу третьего элемента И и управляющему входу ключа устройства, выход которого соединен с первым входом компаратора, выход которого подключен к входу установки в исходное состояние амплитудного детектора, выход которого соединен с вторым входом компаратора, выходы блоков сравнения группы соединены соответственно с входами сумматора, выход которого подключен к входу амплитудного детектора, информационному входу ключа и первому входу двухуровневого блока сравнения, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго источников опорного напряжения, выход двухуровневого блока сравнения подключен к нулевому входу третьего триггера, выход которого соединен с вторым входом первого элемента И блока управления.

1401488

Фиг.2

1401488 юр@ж

ХР

Составитель И.Дубинина

Редактор Н.Лазаренко Техред И.Дидык Корректор С.Черни

Заказ 2787/49 Тираж 704 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР . по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4