Способ электрического моделирования
О П И С= А Н И-4
ИЗОБРЕТЕНИЯ
3 00820
Союз Советских
Социалистических
РеспуЬлик
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Зависимое от авт. свидетельства №
Заявлено 30.1Х.1969 (№ 1363425/18-10) с присоединением заявки №
Приоритет
Опубликовано 07.IV.1971. Бюллетень № 13
Дата опубликования описания 26Л .1971
МПК G 01п 2?/22
Комитет по делам ивоЬретений и открытий при Совете Министров
СССР
УДК 551.508.7(088.8) Автор изобретения
М. И. Фримштейн
Заявитель
СПОСОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
ВЛАЖНОСТНОГО СОСТОЯНИЯ КАП ИЛЯРНО-ПОРИСТЫХ
МАТЕРИАЛОВ И КОНСТРУКЦИЙ где
Изобретение относится к области электрического моделирования процессов влагопереноса (увлажнения и сушки) капиллярно-пористых материалов и конструкций и может быть использовано для измерения влагосодержания этих материалов на специально созданных моделях (в электрическом подобии).
Известны способы электрического моделирования различных теплофизических состояний, например установления тепловых полей в конструкциях, путем создания условий подобия электрического и моделируемого процессов. На этом принципе построены различные электрические интеграторы и электрические сеточные модели.
Однако известные способы не позволяют моделировать влажностное состояние капиллярно-пористых материалов, так как в них не найдены аналогии электрических процессов и процессов миграции влаги.
В предлагаемом способе указанный недостаток устранен тем, что, с целью получения электрических аналогий процессов увлажнения-сушки материалов и процессов зарядаразряда конденсаторов, геометрическую емкость электродов конденсатора устанавливают пропорционально структурной емкости материала, диэлектрическую проницаемость диэлектрика конденсатора устанавливают пропорционально увлажняемости материала в реальных условиях, и, прикладывая кэлектродам конденсатора напряжения, пропорциональные различным значениям потенциала массопереноса в реальных условиях, определяют заряд конденсатора, являющийся в электрическом подобии мерой влажности в моделируемых условиях.
Предпосылкой для создания электрической
lO модели исследуемого капиллярно-пористого тела может служить установление аналогий между процессами увлажнения и какими-либо электрическими цроцессами.
С этой точки зрения значение имеет теоре25 тическое представление влажностного состояния капиляярно-пористых тел путем анализа распределения молекул воды (сорбата) в поле исследуемого тела (сорбента).
Согласно этой теории энергетический уро2о вень молекул воды в поле сорбционных сил капиллярно-пористых материалов, а также их сорбционная активность и удельное влагосодержание характеризуются емкостью поля сорбционных сил
25 b ЯКУт, S †структурн емкость капиллярнопористого тела, cp — относительное давление пара воды в материале, 300820 = cu.
10 (5") (2) 15
2О
b — - С, S Co, QVm
W, = 6 6, W> = 6 0.
25 з
0 =RTlnр, K — коэффициент, характеризующий изменение взаимодействия между молекулами сорбента, а также взаимодействие последних между собой, т. е. изменение емкости поля сорбционных сил с изменением уровня энергии распределения (давления паров воды).
Е сли сравнить формулу (1) с известной формулой емкости электрического конденсатора С, в поле которого помещен материал с диэлектрической проницаемостью е, С = в Со, где Co — геометрическая емкость конденсатора (в вакууме), но нетрудно заметить аналогию, показывающую соответствие следующих величин: т. е. в совершенно различных процессах увлажнения и заряда конденсатора емкость поля сорбционных сил b конкретного материала со структурной (геометрической) емкостью
S и свойствами, характеризуемыми коэффициентом К", аналогична электрической емкости конденсатора С с геометрической емкостью С и конкретным диэлектриком, характеризуемым в.
Таким образом, капиллярно-пористый материал может быть промоделирован конденсатором, причем увлажняемости материала
EPm будет соответствовать поляризуемость диэлектрика в этого конденсатора.
Продолжая дальнейшее установление аналогий путем сравнения физического смысла величин двух рассматриваемых процессов, можно установить, что влагосодержанию материала W будет соответствовать заряд q конденсатора, а потенциалу массопереноса где R — универсальная газовая постоянная, Т вЂ температу К,, будет соответствовать напряжение U на электродах конденсаторов.
Действительно, повышение напряжения на электродах конденсатора ведет к увеличению накопленного в нем заряда q, аналогично тому, как повышение потенциала массопереноса О ведет к увеличению влагосодержания W тела. При параллельном электрическом соединении двух конденсаторов с емкостями С| и С2, имеющих разный заряд q и д и различные напряжения U> и U, происходит перенос электричества до выравнивания напряжения на их электродах U, = U = U и перераспределение зарядов до
1 | значений q> и qa пропорционально емкостям.
Заряд конденсатора связан с его емкостью и напряжением соотношением
Для двух рассматриваемых конденсаторов, включенных параллельно, их заряды соответственно равны
, =c„u, (5 ) Аналогично этому на границе двух тел с различным потенциалом массопереноса 0> и
0>, имеющих различное влагосодержание
WI и Wq, происходит перенос массы до выравнивания потенциала массопереноса О, =
02=0 и перераспределение влагосодержаний до значений W, и и пропорционально емкостям полей сорбционных сил этих тел
01 и 4, т. е. подобие рассматриваемых процессов позволяет записать
Приведенные выше сопоставления позволяют сделать вывод о том, что процессы увлажнения и сушки, в особенности многослойных сооружений и конструкций, могут быть промоделированы соответствующими электрическими цепями, набранными из конденсаторов регулируемой емкости. При этом емкость конденсаторов должна меняться двояким путем — изменением его геометрических размеров (С,) и изменением диэлектрической проницаемости диэлектрика (С ), т. е.
C=f(C„C. ).
Такие конденсаторы дадут возможность создавать электрические модели различных материалов (устанавливая С пропорционально S) при различных окружающих условиях (задавая в1 пропорциональное fP ). Значения S и К " для многих капиллярно-пористых материалов уже получены экспериментальным путем.
По аналогии с известными гидроинтеграторами и электроинтеграторами полученную электрическую модель можно назвать «С-интегратором».
Задание граничных влажностных режимов должно производиться путем подачи соответствующего напряжения на конденсаторы, обеспечивающие их заряд, величина которого должна быть пропорциональна задаваемому в данном слое влагосодержанию (с любым характером изменения). Последующее измерение зарядов всех конденсаторов после их перераспределения представит в электрическом подобии конечный результат установившихся влагосодержаний всех слоев (после окончания процессов массопереноса).
300820
Составитель Е. Блохина
Редактор А. В. Корнеев Техред 3. Н. Тараненко Корректоры: Е. В. Исакова и Л. Б. Бадылама
Заказ 1321/5 Изд. № 590 Тираж 473 Подписное
ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий прп Совете Министров СССР
Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5
Типография, пр. Сапунова, 2
Можно также измерять напряжения на конденсаторах и, зная их емкость, вычислять заряд по формуле (5).
Предлагаемый способ дает возможность за короткий промежуток времени представить в электрическом подобии самые сложные процессы увлажнения и сушки.
Предмет изобретения
Способ электрического моделирования влажности ого состояния капилляр но-пористых материалов и конструкций путем создания условий подобия электрического и моделируемого процессов, отличающийся тем, что, с целью получения электрических аналогий процессов увлажнения-сушки материалов и процессов заряда-разряда конденсатора, геометрическую емкость электродов конденсатора устанавливают пропорционально
5 структурной емкости материала, диэлектрическую проницаемость диэлектрика конденсатора устанавливают пропорционально увлажняемости материала в реальных условиях, и, прикладывая к электродам конденсато10 ра напряжения, пропорциональные различным значениям потенциала массопереноса в реальных условиях, определяют заряд конденсатора, являющийся в электрическом подобии мерой влажности материала в модели15 руемых условиях.
