МОДЕРНИЗАЦИЯ ПРИБОРОВ ЭГДА И ДАЛЬНЕЙШИЕ ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ РАЗВИТИЯ
Расчёт физических полей методами моделирования, Б.А.Волынский, 1968

МОДЕРНИЗАЦИЯ ПРИБОРОВ ЭГДА И ДАЛЬНЕЙШИЕ ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ РАЗВИТИЯ

Наряду с бурным развитием цифровой вычислительной техники всех направлений активно развивается и аналого-вычислительная техника.

Особенно широкое применение нашли интеграторы ЭГДА-9/60, предназначенные в основном для решения методом электромоделирования на электропроводной бумаге различных технических задач, описываемых уравнением эллиптического типа, в частности уравнением Лапласа.

Как показала многолетняя практика, электропроводная бумага является средой, наиболее пригодной для широкого применения. Она свободна от весьма существенных недостатков, свойственных станиолю и электролитам, применявшимся ранее для электромоделирования [2, 4, 5].

Применение электропроводной бумаги для моделирования задач позволило разработать в Институте математики АН УССР 11 моделей интеграторов ЭГДА, из них 9-я модель выпускается серийно с конца 1960 г. В настоящее время свыше 600 интеграторов применяется в 368 организациях 101 города всего Советского Союза.

Интеграторы ЭГДА-9/60 в отличие от других аналого-вычислительных приборов и машин получили такое широкое распространение благодаря простоте в обслуживании и производственной технологичности своей конструкции, благодаря использованию электропроводной бумаги, на которой наиболее просто реализуются граничные условия.

Массовому признанию этих интеграторов способствовала также четко сформулированная и опубликованная [2, 3, 5] методика моделирования многих типичных задач из различных областей науки и техники.

В результате четырехлетней эксплуатации интеграторов наша страна получила экономический эффект, исчисляемый десятками миллионов рублей в год.

Однако, несмотря на все положительные качества, интегратор ЭГДА-9/60 конструктивно устарел.

Для выяснения конкретных требований, предъявляемых к аналоговым моделирующим приборам, были изучены предложения различных организаций, использующих в своей работе интеграторы ЭГДА-9/60.

В процессе исследований выяснилось, что по областям применения интеграторы распределились в следующих соотноше-

ниях к общему числу используемых интеграторов в процентах:

1963 г. 1965 г.

Гидротехника и гидрогеология ........ 41,0    38,5

Аэромеханика и кораблестроение ...... 11,0    11,8

Теплотехника и турбореакторостроение ...    11,5    10,4

Электротехника и электроника ....... 7,0    8,3

Строительная механика........... 9,0    8,0

Общетехнический профиль.......... 20,5    23,0

В каждой из этих областей решаются новые виды задач, например, такие, как приведенные в таблице.

Области

применения

интеграторов

ЭГДА

Новые задачи

Отношение к общему числу решаемых задач в %

Фильтрация

воды

Осушительное действие каналов, подъем уровня грунтовых вод, неустановившаяся фильтрация, задачи плановой фильтрации, фильтрация в неоднородной среде, фильтрация вод при двумерном движении в плане

11

Фильтрация

нефти

Моделирование процессов разработки нефтяных пластов, задачи фильтрации плоскопараллельного и плоскорадиального движения жидкости в пластах, уточнение контуров нефтеносности и их перемещения

Анализ атмосферных условий в горных выработках

9

Геология полезных ископаемых

5

Аэродинамика и гидродинамика

Обтекание профилей проточной части отсадочных машин колеблющимся потоком, движение газовоздушных смесей в сыпучих телах, исследование утечек воздуха через выработанные пространства в шахтах

21

Гидродинамика

Гидродинамика подводного крыла, задачи углеобогащения, рациональная форма литьевых фильер

6

Теплопровод

ность

Температурные поля в грунте вокруг изотермических хранилищ сжиженных газов, тепловые поля переходов в полупроводниковых приборах, расход тепла при индукционной и дуговой сварке, тепловые поля строительной теплофизики и ледо-термии, температурные поля грунтовых вод на больших глубинах

25

Поля магнитные, статические и электрические

Рассеяние поля мощного трансформатора, электрические и тепловые поля в электропечах, задачи блуждающих токов и электрозащиты от коррозии, электромагнитные поля в устройствах для транспортировки металлов

18

Теория упругости

Плоские задачи теории упругости с однородным и двухслойным основанием

3

Конформные

отображения

Получение функций, дающих конформное отображение сложных двухсвязных областей

2

В приведенной таблице не упоминаются традиционные задачи, решаемые методом электромоделирования на сплошных средах: фильтрация воды под гидросооружениями, расчет стационарных тепловых полей и обтекания профилей лопаток турбин и т. д.

Кроме того, в последнее время около половины всех организаций, использующих электромоделирование, заинтересованы в приобретении технических средств для моделирования осесимметричных задач, которые практически не могут быть решены на электропроводной бумаге либо решаются с большими трудностями, связанными со склеиванием бумаги [5].

В Институте математики АН УССР разрабатываются модели интеграторов, предназначенные для серийного производства, которые по своим показателям и техническим возможностям превосходят интеграторы ЭГДА-9/60.

Так, например, интегратор ЭГДА-10/62 предназначен в основном для расчетов, связанных с водопонижением и осушением карьеров полезных ископаемых, а также для решения плановых задач фильтрации на больших территориях и задач мелиорации. Кроме того, на интеграторе ЭГДА-10/62 можно моделировать все те же задачи, что и на интеграторе ЭГДА-9/60.

Интегратор ЭГДА-10/62 имеет 19 потенциометрических делителей напряжения типа ПДН-10 (190 потенциометров), 150 реостатов — «масштаб модели скважины», автоматическое устройство опроса величины потенциала с цифровым указателем порядкового номера потенциометра, настраиваемого в данный момент. В комплект интегратора ЭГДА-10/62 входит специальный стенд для размещения модели из электропроводной бумаги с рабочей площадью 8 м2.

Стенд сконструирован так, что все подключения к модели производятся с задней стороны, поэтому на лицевой стороне, свободной от соединительных проводов, легко строится сетка моделируемого поля.

На интеграторе ЭДГА-10/62 можно моделировать область во-допонижения и осушения с моделями скважин более 1000 шт. Для малогабаритных моделей с простыми граничными условиями использование этого интегратора нерационально.

Для серийного производства взамен выпускаемого интегратора ЭГДА-9/60 авторами разработан интегратор ЭГДА-11/63. Этот интегратор будет выпускаться в трех модификациях: с двумя, с пятью и восемью блоками делителей напряжения ПДН-25. В интеграторе будет применено автоматическое устройство опроса, позволяющее быстро подключать измерительное устройство к любому из 50 потенциометров для точного определения величины заданного потенциала.

В интеграторе ЭГДА-11/63 изменена схема питания модели, в результате чего расстояние между шинами с максимальной разностью потенциалов уменьшается до 1 мм. Установлено полуавтоматическое измерительное устройство с цифровым отсчетом, которое устраняет фактор субъективности при определении потенциала и упрощает процесс измерения при моделировании задач.

К интегратору ЭГДА-11/63 по желанию заказчика будет придаваться специальный стенд для моделей, на котором, как и в интеграторе ЭГДА-10/62, все подключения к электропроводной бумаге производятся с задней стороны стенда. Рабочая площадь стенда 1000 X 1800 мм.

Подготовляется к серийному выпуску интегратор ЭИНЛ, разработанный в Институте математики АН УССР А. Г. Тарапоном и предназначенный для моделирования задач математической физики, описываемых уравнениями параболического типа, в частности уравнением Фурье. В этом интеграторе в качестве электропроводной среды используется электропроводная бумага с распределенной емкостью.

Интегратор фиксирует быстрое изменение потенциала на модели с помощью светящейся точки на электронно-лучевой трубке. На прозрачной шкале измерителя времени определяется время от начала процесса до момента совпадения напряжений.

Одновременно с разработкой новых моделей интеграторов успешно разрабатывается методика, позволяющая расширять области применения интеграторов ЭГДА для моделирования новых задач на электропроводной бумаге. Разрабатываются также всевозможные приставки к имеющимся интеграторам, позволяющие ускорить процесс моделирования и повысить точность получаемых результатов. К таким приборам относятся различные визуа-лизаторы поля, прибор для прямого определения фильтрационного расхода непосредственно на электрической модели и многие Другие.

ЛИТЕРАТУРА

1.    Гутман Б. Б. Електропроводний nanip для електромоделювання. В зб. «Застосування методу ЕГДА для розв’язання деяких техшчных задач», Изд-во АН УССР, 1959, стр. в’9—101.

2.    Дружинин Н. И. Метод электродинамических аналогий и его применение при исследовании фильтрации. М.— Л., Госэнергоиздат, 1956, стр. 64— 83; 183—296.

3.    Рижский политехнический институт. Ученые записки, т. XII, фак. автоматики и вычислительной техники, вып. 2, Аналоговые и разностные методы решения внешних краевых задач, Рига, «Звайгзне» 1965, стр. 308—327.

4.    Тетельбаум И. М. Электрическое моделирование. М., Физматгиз, 1959, стр. 319.

5.    Фильчаков П. Ф., Панчишин В. И. Интеграторы ЭГДА. Моделирование потенциальных полей на электропроводной бумаге Киев, Изд-во АН УССР, 1961, стр. 11—110; 146—151.

В. И. Дзибалова, Ю. И. Дзибалов, В. А. Дмитриев, Б. Я. Кравченко, А. Т. Лукьянов, В. Л. Романовский