Моделирование температурного поля в коническом кабеле
Построение математической модели температурного поля в коническом кабеле линии связи. Определение теплопроводности кабеля и описание сопутствующих температурных условий. Общий расчет объемной плотности тепловыделения и моделирование температуры поля.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 07.08.2013 |
| Размер файла | 678,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
2
Контрольная работа
Моделирование температурного поля в коническом кабеле
Содержание
Геометрия задачи
Постановка задачи
Математическая модель
Уравнение теплопроводности
Граничные условия
Временные параметры
Физические параметры
Расчет объемной плотности тепловыделения
Моделирование температурного поля
Свойства картины поля
Список использованной литературы
теплопроводность конический кабель температура поля
Геометрия задачи
Табл.1. Геометрические характеристики кабеля
|
Элемент кабеля |
Диаметр, мм |
Площадь, мм2 |
|
|
Жила (медь) |
10 |
50000 |
|
|
Воздух |
30 |
150000 |
|
|
Металл (вольфрам) |
50 |
250000 |
|
|
Газ (гелий) |
70 |
350000 |
|
|
Теплоизолятор (пробка) |
90 |
450000 |
Постановка задачи
Цель работы: моделирование температурного поля в коническом кабеле (Приложение 1). Для удобства решения преобразуем конический кабель в цилиндрический (Приложение 2).
В качестве исходных используем данные, полученные в результате решения задачи стационарной передачи, решенной для той же модели с такими же физическими и геометрическими параметрами.
В качестве граничных условий для границы «теплоизолятор-окружающая среда» используем условие заданной температуры (условие первого рода). Устанавливаем на ребрах модели заданное значение температуры Т0. Оно определяется следующим образом:
температура окружающей среды,
.
Граница «теплоизолятор-окружающая среда»: Т0=293 К.
Для границы «жила-воздух», «воздух-металл», «металл-газ», «газ-теплоизолятор» задаем граничное условие равной температуры. Это граничное условие может быть использовано для описания тел с очень высокой по сравнению с окружающими телами теплопроводностью. Внутренность такого тела может быть исключена из расчета температурного поля при условии описания всей его поверхности как поверхности равной температуры. Данное условие отличается от условия первого рода тем, что температура описываемой поверхности не известна заранее.
Граница «жила-воздух»: Т0=Т=293 К.
Граница «воздух-металл»: Т0=Т=293 К.
Граница «металл-газ»: Т0=Т=293 К.
Граница «газ-теплоизолятор»: Т0=Т=293 К.
Используя метод конечных элементов, решаем задачу и получаем картину распределения температурного поля в кабеле (Рис.1).
Рис.1. Распределение температурного поля в кабеле в начальный момент времени
Используя функцию «связь задач», связываем решение для стационарной теплопередачи с задачей нестационарной теплопередачи, в результате будем иметь начальное условие для решения поставленной задачи.
Математическая модель
Уравнение теплопроводности
При решении тепловых задач используется уравнение теплопроводности в дифференциальной форме; для линейных задач, в осесимметричном случае, форма дифференциального уравнения в цилиндрических координатах имеет вид:
Граничные условия
Для границ «воздух-металл», «газ-теплоизолятор», зададим граничное условие конвекции (граничное условие третьего рода), причем будем считать, что в слое с воздухом присутствует свободная конвекция, а поток газа является ламинарным, то есть
где критерий Рейнольдса, характеризующий режим движения газа, скорость потока газа, характерный размер, в нашем случае - эквивалентный диаметр, коэффициент кинематической вязкости газа, ; Значение коэффициента теплообмена можно найти из уравнения критерия Нуссельта, характеризующего соотношение между интенсивностью теплообмена за счёт конвекции и интенсивностью теплообмена за счёт теплопроводности:
Критерий Нуссельта в ламинарном пограничном слое описывается выражением:
где критерий Прандтля, определяющий физические свойства газов. Критерий Прандтля изоляции необходим потому, что из всех составляющих кабеля наименьшей рабочей температурой обладает теплоизолятор. В случае, если температура кабеля превысит рабочую, кабель выйдет из строя.
Примем значения коэффициента теплоотдачи воздуха
Определим коэффициент теплоотдачи гелия:
Временные параметры
Интегрировать по времени до 7200 секунд с шагом 200 секунд.
Физические параметры
Табл.2. Физические параметры материалов кабеля.
|
Элемент кабеля |
||||||
|
Жила (медь) |
389,6 |
385 |
8930 |
255330 |
1356 |
|
|
Воздух |
0,0244 |
1005 |
1,293 |
|||
|
Металл (вольфрам) |
168,6 |
134 |
19340 |
3653 |
||
|
Газ (гелий) |
0,143 |
5204 |
0,1785 |
|||
|
Теплоизолятор (пробка) |
0,060 |
1760 |
240 |
368 |
Расчет объемной плотности тепловыделения
Объемная плотность тепловыделения рассчитывается по формуле:
где сопротивление токоведущей жилы, Ом; сила тока в кабеле, А; объем жилы, м3. Объем и сопротивление жилы рассчитываются по следующим формулам соответственно:
;,
где удельное электрическое сопротивление материала жилы, Ом·м, ,Ом·м; диаметр жилы, м.
Моделирование температурного поля
Используя метод конечных элементов, решим задачу и получим картину распределения температурного поля (Рис. 2).
Рис.2. Распределение температурного поля в кабеле в момент времени 7200 с.
Картина температурного поля в моменты времени 0, 2000, 4000 и 6000 с показана на Рис.3.
а
б
в
г
Рис.3. Распределение температурного поля в кабеле
а) в момент времени 0 с;
б) в момент времени 2000 с;
в) в момент времени 4000 с;
г) в момент времени 6000 с.
Свойства картины поля
Рис.4. Градиент температуры
Рис.5. Тепловой поток
Рис.6. График изменения температуры жилы во времени
Рис.7. График изменения температуры изолятора во времени
Список использованной литературы
1. Усачев В.П., Григорьев В.П., Костиков В.Г. Учебное пособие по курсу “Конструирование ЭВС и РЭС”/ Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана.-Москва:2008.-15с.
2. Исаченко В.П. Теплопередача.-М.:Энергоиздат,-1981.-416 с.;
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Конструкция и основные элементы коаксиального кабеля, общая характеристика и преимущества коаксиальной линии, ее параметры и сферы применения. Электрические процессы, протекающие в коаксиальном кабеле. Расчет основных параметров кабеля марки РК 50–3–11.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 21.11.2009Расчет емкости реальной симметричной цепи в кабеле МКСГ-4х4х1,2, коэффициента фазы коаксиальных пар в комбинированном кабеле КМ-8/6, критической частоты в оптических волокнах оптического кабеля типа ОКЛС-01 при увеличении диаметра его сердцевины.
контрольная работа [1018,9 K], добавлен 15.04.2009Расчет напряженности поля земной радиоволны вертикальной поляризации для заданной дальности радиосвязи на двух типах однородной земной поверхности. Расчет напряженности поля на линии связи ионосферной волной. Уровень сигнала на спутниковой радиолинии.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 15.04.2014Определение поля ХН и построение графика поляризации передающей антенны в плоскости падения без учета влияния земли. Расчет зависимости поля E(p) на трассе от усредненного угла наблюдения. Вычисление максимальной мощности на входе радиоприемника.
контрольная работа [360,9 K], добавлен 20.09.2011Определение поля излучения параболической антенны апертурным методом. Определение шумовой температуры фидерного тракта и КПД. Расчет геометрических и электродинамических характеристик облучателей. Распределение поля в апертуре зеркала, расчёт его профиля.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 24.08.2014Выбор трассы прокладки волоконно-оптической линии связи. Расчет необходимого числа каналов. Определение числа оптических волокон в оптическом кабеле, выбор его типа и параметров. Структурная схема организации связи. Составление сметы на строительство.
курсовая работа [571,0 K], добавлен 16.07.2013Определение комплексных амплитуд составляющих вектора; диапазон частот. Расчет и построение графиков зависимостей поля от координат x, y, z. Вычисление среднего за период потока энергии через поперечное сечение волновода. Коэффициент затухания волны.
курсовая работа [831,3 K], добавлен 15.04.2014Выбор оптимального варианта трассы прокладки волоконно-оптического кабеля. Выбор типа кабеля и описание его конструкции. Прокладка и монтаж кабеля. Расчет параметров передачи выбранного кабеля. Расчет надежности проектируемой кабельной линии связи.
курсовая работа [654,0 K], добавлен 18.05.2016Классификация средств обнаружения и локализации закладных устройств. Принцип работы индикатора поля, его основные характеристики. Детектор поля со звуковой сигнализацией и регулировкой чувствительности. Работа многофункционального приемника ближнего поля.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 28.01.2015Основные понятия и классификация приборов для измерения напряженности электромагнитного поля и помех. Измерение напряженности электромагнитного поля. Метод эталонной антенны. Метод сравнения. Измерительные приемники и измерители напряженности поля.
реферат [31,8 K], добавлен 23.01.2009Принципы работы детектора поля RD-14. Расположение закладного устройства в незаметном месте. Частота и мощность входного сигнала. Уровень и частота принимаемого сигнала. Интегральный метод измерения уровня электромагнитного поля в точке его расположения.
лабораторная работа [593,8 K], добавлен 15.03.2015Моделирование вихретокового контроля с помощью системы намагничивающих и измерительной катушек. Исследование зависимости информативного сигнала при разных частотах для различных форм дефектов. Расчет информативных признаков. Построение нейронных сетей.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 27.10.2010Описание проектируемого участка линии связи. Выбор типов кабеля, систем передачи и размещения цепей по четверкам. Размещение усилительных и регенерационных пунктов на трассе линии связи. Защита кабеля и аппаратуры связи от опасных и мешающих влияний.
курсовая работа [148,5 K], добавлен 06.02.2013Падение плоской волны на границу раздела двух сред, соотношение волновых сопротивлений и компонентов поля. Распространение поляризованных волн в металлическом световоде, расчет глубины их проникновения. Определение поля внутри диэлектрического световода.
курсовая работа [633,8 K], добавлен 07.06.2011Определение построения коммутационного поля цифровой коммутационной системы, основание принципа ее работы на пространственно-временном методе коммутации. Оптимизация структурных параметров схемы коммутационного поля. Расчет показателя сложности.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 08.12.2015Ситуационная схема трассы и расчет необходимого числа каналов. Выбор системы передачи и определение требуемого числа оптических волокон в кабеле. Выбор марки кабеля и его технические параметры, расчет длины участка. Составление сметы на строительство.
курсовая работа [363,2 K], добавлен 17.09.2014Выбор трассы для прокладки оптического кабеля. Выбор системы передач, ее основные технические характеристики. Тип кабеля и описание его конструкции. Прокладка и монтаж кабеля. Устройство переходов через преграды. Расчет надежности проектируемой линии.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 23.11.2013Сигналы в системах (зондирующий, сигнал подсвета, запросный, собственное радиоизлучение объекта наблюдения, отраженный сигнал и т.п.). Электромагнитные поля. Поляризационная структура электромагнитного поля. Амплитудное равномерное распределение поля.
реферат [2,0 M], добавлен 14.12.2008Расчёт напряжённости электрического поля на входе радиоприёмного устройства при заданной мощности излучения. Определение скорости распространения и направления прихода электромагнитного поля. Изучение поляризационных характеристик и искажений сигнала.
курсовая работа [198,7 K], добавлен 23.12.2012Рассмотрение конструктивно-технологических параметров ПЗС. Квантовая эффективность и квантовый выход ПЗС-камеры. Применения ПЗС-камер инфракрасного диапазона как прибора ночного видения или устройства для определения температурного поля; их особенности.
курсовая работа [158,0 K], добавлен 20.07.2015
