Necesita construir un circuito que se asemeje al flujo de fluido a través de medios porosos

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Estoy tratando de usar la analogía electrónica para construir un modelo que describa el flujo de fluido en un medio poroso. Por ejemplo, considero que el voltaje, la corriente y la resistencia son equivalentes de presión, velocidad de flujo y permeabilidad (inversa de resistividad), respectivamente. Necesito ayuda sobre cómo elegir más elementos para mi circuito para modelar con precisión el flujo de fluido. Como no soy un estudiante de ingeniería eléctrica y no tengo una sólida formación en ello, realmente apreciaría las respuestas que comienzan con lo básico y avanzan hacia explicaciones más complicadas.

Aquí hay una lista de cosas que necesito saber cómo hacerlo:

  1. Necesito poder controlar el tiempo que tarda la corriente en viajar de un punto a otro. Por ejemplo, si los puntos A y B están conectados con un cable y A tiene un potencial más alto y yo de alguna manera incremento su potencial, en teoría debería haber un aumento inmediato en la corriente que fluye en el punto B. ¿Hay algún elemento que pueda poner entre ellos? controla el tiempo de respuesta del punto B para cambiar el potencial en el punto A?

  2. Necesito poder modelar una condición de permeabilidad variable (es decir, resistencia variable). Sé que si uso una resistencia en mi circuito tendrá una resistencia CONSTANTE, por lo que no ayudará. Además, quiero que los cambios en la resistencia sean proporcionales a la cantidad de corriente que ha estado fluyendo a través de ese elemento. Al igual que sucede cuando se está cargando un capacitor, el término dQ / dt es proporcional a Q y se reduce exponencialmente a cero con el tiempo. Pero ¿y si no quiero que disminuya exponencialmente? ¿Qué otros elementos puedo usar para forzar que los cambios sean una función arbitraria del tiempo / flujo, por ejemplo, un polinomio de segundo grado? (¡Si es posible!) Además, ¿hay una manera de hacer exactamente lo contrario, es decir, la resistencia disminuye con el tiempo?

  3. No estoy seguro si es lo mismo que en la parte 1 o no, pero ¿cómo puedo modelar la distancia entre dos puntos en el espacio? (Cuanto mayor sea la distancia, más tardará en responder a los cambios en otro punto del circuito).

pregunta Ali Jamali

6 respuestas

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No tiene sentido intentar modelar esto con la electrónica. Necesitarías una gran cantidad de resistencias y condensadores conectados en una red. Eso llevaría mucho tiempo para construir, costoso y propenso a fallas.

Modele su flujo de fluido en una computadora. Existen varias técnicas de modelado y resolución de elementos finitos que se han aplicado al flujo de fluidos durante muchos años. Utilízalos.

    
respondido por el Olin Lathrop
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Encontré algunos enlaces a modelos de hidrología analógicos anteriores, no los que tenía en mente, y me sorprendió la cantidad de cosas que se hicieron en esa dirección.

Esto podría ayudarlo a ver en qué consiste. Todos trabajan con aguas subterráneas, pero los principios deberían ser los mismos.

Un vistazo a parte del hardware debería mostrarle por qué todo el mundo sugiere que se digitalice.

Estoy de acuerdo en que debes hacer este trabajo digitalmente, pero leer sobre las técnicas analógicas podría darte una idea de lo que debe hacer tu modelo.

Página 25 (según lo numerado por el autor, 35 como se muestra en el lector de PDF) del documento de Houston muestra algunas de las fórmulas necesarias y relaciona las ecuaciones de hidrología con las eléctricas.

Gracias a @George Herold por señalarlos

trabajo europeo

USGS : tuve algunos problemas para abrir este. Guárdelo y use Adobe Reader en lugar de verlo en Firefox.

USGS - Houston, Texas

    
respondido por el JRE
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  1. Desafortunadamente, la corriente viaja a casi la velocidad de la luz, por lo tanto, tiene que "emular" la propagación utilizando circuitos de retardo. Sin ir demasiado sofisticado, puede usar condensadores para introducir constantes de tiempo en su circuito, pero se parecerá más a un tanque. Pero si piensa que es digital, puede usar buffers para hacer que la transición sea más clara.

  2. a. Siempre se puede usar una resistencia variable, también llamada potenciómetro, para cambiar el valor a voluntad.
    segundo. Sin embargo, para que disminuya de forma lineal (o con otra función) con el tiempo, necesita un diseño analógico: una posible solución podría ser un integrador con algunos circuitos de retroalimentación. do. El recíproco del condensador (resistencia que disminuye con el tiempo) es el inductor.

  3. Puede usar varias etapas de retardo, pero con las mismas limitaciones de (1).

respondido por el clabacchio
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En gran medida lo tienes bien. Hay una variedad de conversión, pero los mapas de voltaje a presión, los mapas de capacitancia a un tanque o una cámara compatible, los mapas de inductancia a inercia del fluido y los mapas de resistencia a resistencia.

Cuando hablas de un "medio poroso", sin embargo, los elementos agrupados pueden no ser tan esclarecedores para las preguntas que necesitas hacer al modelo como un enfoque de modelado de elementos finitos (FEM).

Para la pregunta 1, el fluido viaja y la corriente no viaja. Obtendría estimaciones actuales y luego, para ver cuánto tiempo tardan los fluidos en llegar del punto A al punto B, deberá integrarse en su perfil actual.

    
respondido por el Scott Seidman
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Primero vea la respuesta de JRE para las ecuaciones relevantes.

Seré una voz en el desierto y sugeriré que no es una locura hacer un modelo analógico.
He hecho esto varias veces al intentar modelar el flujo de calor en un instrumento.
(Temperatura - > voltaje, calor - > carga, capacidad calorífica - > capacitancia, resistencia térmica - > R) La ventaja para mí es que puedo usar algo de electrónica RC / intuición de circuitos para ayudar a entender qué está sucediendo y cómo Yo podría mejorar las cosas. Incluso he ido tan lejos como para cargar el circuito en LTspice, golpearlo con pasos de voltaje (cambios de temperatura) y agregar calentadores (fuentes de corriente). Creo que el hecho de construir el modelo es realmente donde tengo lugar mi comprensión, y No estoy seguro de que lo mismo se sigue de FEA. (Rara vez he hecho FEA, así que hablo con poca autoridad).

Pero todo esto me funciona debido a la experiencia en electrónica. Para @Ali Jamali, no estoy seguro de que funcione tan bien ... ya que no tiene experiencia en electrónica. (mis dos centavos)

    
respondido por el George Herold
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Lo que describe se parece mucho a un modelo en una computadora analógica.

Comience con las ecuaciones diferenciales que describen el flujo.

Saque un BUEN libro de texto sobre computación analógica. Todavía están alrededor, pero NO son fáciles de encontrar.

Haz tu tarea.

Terminará construyendo un sistema de ecuaciones diferenciales de primer orden que describen su modelo, escalando las ecuaciones para cómputo analógico conveniente, y luego construyendo una red de amplificadores operacionales que implementan el sistema de ecuaciones escalado. Vas a escalar en tiempo, frecuencia y rango. Hay mucho Black Art involucrado en todo esto.

La buena noticia es que los amplificadores operacionales han avanzado mucho desde que las computadoras analógicas dominaron el mundo de la simulación, y ahora no es tan difícil construir una computadora analógica.

Te darás cuenta rápidamente de por qué el mundo se mudó a las computadoras digitales tan pronto como se hicieron lo suficientemente grandes y lo suficientemente rápidos para reemplazar las computadoras analógicas por aplicaciones reales.

    
respondido por el John R. Strohm

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