组件 1：边界输入值

规格

管道连接
1	带值定义的系统边界

 

关于材料组份和相关属性（净热值、密度......）的说明，参见见"材料属性"。

 

通用       流体属性       方程式       显示       示例

通用

组件 1 用于定义在系统边界进入的流量，例如：

• 燃气轮机的进口空气
• 进入凝汽器的循环水流
• 蒸汽集管的定义
• 等。

流体状态由以下数值定义

• 压力                         P
• 温度                         T
• 焓                            H
• 流速                        M
• 能量流                    Q

如果给定了 H，将计算温度。如果同时给定 T，Ebsilon 会发出一个错误信息。

这五个选项中只要有三个就足以完全描述液体的状况。通常情况下，P、T 和 M 被指定。H 可以从 P 和 T 计算出来，然后从 H 和 M 得出 Q。

当给定能量流 Q 和质量流 M 时，就可以计算出热焓 H。

在某些情况下，并不是所有定义组件 1 条件的三个数值都必须给定，因为，例如有些数值是已知的，并在系统的其它地方已经定义。如果再次为组件 1 设置，就会造成混淆。

注意：

对于两相区的蒸汽，只能给出 H，因为 P 和 T 并不能唯一地定义 H。

 

 

总体和静态状态变量

基本信息

以前，在 Ebsilon 中假定所有流体的流动速度足够慢，因此动能可以被忽略，总体和静态的状态变量可以被等同。因此，没有对总值和静态值进行区分。

之前唯一的例外是蒸汽轮机（组件 122）。由于相对的高流速，在计算蒸汽轮机时考虑了动能份额。在这里，作为一项规则，假定存储在管道上的变量是总体变量。

在第 15 版中，现在可以到处区分总体变量和静态变量。以前对汽轮机所做的假设，即管道值是总体变量，被应用于所有管道。

总体变量和静态变量之间的转换需要了解流速（因为在 Ebsilon 中，缩写 v 用于表示体积和比容，v 不能用于流速）。

在 Ebsilon 的默认单位中（速度 vel 为m/s，H 为 kJ/kg），以下内容适用：

Htot = Hstat + Hkin, 其中

Hkin = 0.0005 * vel²

这里可以选择如下选项指定流速：

• 直接指定，或
• 指定流量横截面，从体积流量中计算。如果管道的横截面为圆形，也可以指定内径而不是横截面。

在边界输入值（组件 1）或起始值（组件 33）中预设 VEL_SET、A_SET 或 D_SET 中的一个值，所有三个变量都被显示。

 

此外，势能也可以在第 15 版中考虑。Ebsilon 的默认单位（z 为 m，H 为 kJ/kg）适用：

            Hpot = 0.001 * g * z,

其中 g = 9.81 m/s² 为重力加速度，z 为相对于所选水平面的高度。在组件 1 和 33 中，高度是由规格值 Z_SET 指定的，并显示为结果值 Z。

总的来说，结果如下：

            Htot = Hstat + Hkin + Hpot

 

总体变量和静态变量的区别只分别出现在组件 1 和 33 中。将流速作为管道的一个属性是没有意义的，因为管道的横截面和流速在管道不同位置会发生改变。因此，规格指定和计算必须始终与速度（以及横截面或直径）的规格指定一起进行。

为了观察管道不同位置的不同流速，可以在一条管道上设置几个 33 号组件。然而，静态变量只能在一个组件中指定。

结果值

如果流速和高度分别是已知的，以下结果值将显示在组件 33 中：

• 总压力 PTOT
  等于管道上显示的压力 P。

• 静态压力 PSTAT
  基于条件：从总变量计算出的熵 s=s(ptot, htot) 等于从静态变量计算出的熵，因此，静态压力可以从pstat=p(hstat,s) 计算出来。

• 动能压力增加 DPKIN
  等于总压和静压之差。

• 总体温度 TTOT
  等于管道上显示的温度 T。

• 静态温度 TSTAT
  基于条件：从总变量计算出的熵 s=s(ptot, htot) 等于从静态变量计算出的熵，因此静态温度可以从 tstat=t(hstat,s) 计算出来。

• 动能温度升高 DTKIN
  等于总温度和静态温度之差。

• 总热焓 HTOT
  等于管道上显示的焓 H。

• 静态热焓 HSTAT
  由 HSTAT = HTOT - HKIN - HPOT 得出。

• 动能 HKIN

• 势能 HPOT

• 内能 UIE = HSTAT – HPV
  (这里不能用通常的内能缩写 U，因为在 Ebsilon 中，U 被用作电压的缩写。）

• 位移能量 HPV
  由 HPV = PSTAT * VSTAT 得出。

• 总密度 RHOTOT
  等于管道上显示的密度 RHO。

• 静态密度 RHOSTAT
  静态比容 VSTAT 的倒数值。

• 静态比容 VSTAT
  由属性表计算得出， VSTAT = V(PSTAT, HSTAT).

• 静态体积流量 VMSTAT
  由质量流量和静态比容计算得出，VMSTAT = M * VSTAT.

• 流速 VEL

• 管道的内径 D

• 流动截面 A

• 马赫数 MACH
  由流速和音速 W 得出 MACH = VEL/W。

规格

组件 1 和 33 不仅可以显示，还可以指定静态变量。因此，热流图中给出的静态变量或测量的静态变量可以通过这种方式来指定。

除测量值外，如上所述，流速必须直接或通过横截面或直径指定。

应用以下选项：

• 通过已经在同一组件或同等组件中给定的管道总焓（作为总温度或总焓或总热流量），指定静压（而不是总压）。
  
• 通过已经在同一组件或同等组件中给定的管道总压力，指定温度（而不是总温度或总焓或总热流量）。
  
• 指定静态压力和静态温度，而不是总变量
  
• 指定静态压力、静态温度和总压力
  这种情况下，要计算流速。
  如果给定了横截面或直径，那么质量流量由流速决定。

当通过各种压力表（普朗特管、皮托管）测量静压和总压，以确定通流量时，特别有意义。

 

以空气 / 烟道气为介质的组份规格

当组件 1 或 33 与固体、液体或气态的空气/烟气等流体结合使用时，除了 P / T / H / M / Q 数值外，还需要分析的额外信息，即流体的组份。

材料组份和相关属性（净热值、密度......）的规格在"材料属性"中描述。

 

---

组份规格:

组份可以分别通过边界值和起始值（组件 1 和 33）或通过测量值（组件 46）来指定。当需要对组份进行识别校核时，则需要指定测量值。这两种规格选项之间的交互作用比较复杂。

由于所有物质的总和必须是 1，所以不是所有的物质都可以通过测量值来指定，需要一定标准化的自由度，通常取组份边界或起始值中的最大部分。

从第 11 版开始，完整的组份既可以通过边界和起始值分别指定，也可以通过测量值指定：当完整的组份通过边界和起始值指定时，规格中没有任何修改。在这个组件中，可以立即检查所有物质的总和是否为 1，如果不是，将产生一个错误信息。

指定测量值时，每种产生的物质都要在管道上有一个测量值。同一条管道上还需分别设置一个边界值和起始值，以发送测量值无法定义的附加信息（例如，煤的种类或用户定义的流体 cp 系数）。 当将材料方程集成到方程矩阵中时，还要在这个起始值中指定一个把无测量值的物质设置为 0 的方程（否则将不得不为每个未包含物质的测量值设置为 0）。  如果所有测量值之和不为 1，则输出错误信息。

 

在"规格值"标签中显示组件 1 和 33 的材料比例份数：

在指定组件成分的情况下，不仅可以在 "材料份数"选项卡的对话框中输入这些（和其它系数），而且可以在主选项卡中显示所有数值。这可能不太方便，但特别是在与 Excel 界面的连接中会有帮助。

该选项在组件图像下方的"显示选项"下拉框中通过条目"以规格值的形式显示组件"来激活。

例子：规格值（带"材料份数"）。

- "边界值"的"规格值"标签的第一页

 

 - "边界值"的"规格值"标签的最末页

 

访问 XH2OG 和 XH2OL：

由于 XH2OG 和 XH2OL 合并到 XH2O（相应地还有 XNH3L 和 XNH3G 合并到 XNH3 以及 XCO2 和 XCO2L 合并到 XCO2，见第 1.2.5.1 章），在规格值（组件 1 和 33）中不能再分配给旧的变量。然而在结果值（管道结果）中，旧的表达式仍然可用。

考虑气体比容的非气态组件

在计算气体（空气、烟气、煤气、粗气）的比容（也包括密度）时，只考虑气态组件，因为液体和固体组件占比容的比例由于密度较高，通常可以忽略不计。

这些成分的比容通常无法计算，因为一般只指定基本成分或通用规格“灰分”。

可以在在规格值"元素分析定义的馏份密度"（RHOELEM）指定该馏份的密度。到第 10 版为止，密度规格（规格值 RHO）只用于石油。为了标准化，RHOELEM 应用于油。RHO 不再作为默认规格值使用。

管道上的结果值为 RHO（总流量平均密度）和 RHOELEM（元素分析定义的馏份密度）。

如果密度值输入为 0，在确定比容时，如前所述，元素分析给出的物质比例份数将被忽略。

对于化学成分已知的非气态组份，比容由相应的材料数据确定。这适用于液体 H2O、NH3 和 CO2，Ebsilon 中集成了这些库，也适用于直接脱硫的新物质，对这些物质使用以下常数：

• CaSO4（硫酸钙） 2960 kg/m³
• CaCO3（碳酸钙） 2730 kg/m³
• CaO（氧化钙） 3370 kg/m³
• Ca(OH)2（氢氧化钙） 2240 kg/m³
• MgCO3（碳酸镁） 2960 kg/m³
• MgO（氧化镁） 3580 kg/m³

如果在煤中存在结合水（H2OB），将被视为煤的一个组份，即假定这部分已经包含在 RHOELEM 中。然而，煤管道上的水（例如煤块之间的雨水），将与水的材料数据分开计算。

现在组件 1 和 33 也可以用于指定二元混合物和通用流体。

二元混合物时，可以选择氨/水或水/溴化锂作为工作流体。此外，还需要指定冷却剂的质量份数 XI（氨/水为氨，水/溴化锂为水）。

通用流体时，必须首先在规格表中指定要使用的材料数据库。然后，在"规格"一栏中输入各自需要的组份和其它参数。这里要输入的组份是指由各库计算出的部分流量的质量份数。

哪些材料是可用的以及哪些需要输入额外的参数，取决于相应的库。

对于 FDBR，计算类型（cp-类型）作为附加输入参数输入。这取代了对经典 Ebsilon 管道的管道类型选择和（对煤管道）煤类型的选择。以下是 cp 类型的可用值：

• 旧的煤炭模式
• 硬煤
• 褐煤
• 油
• 用户定义的流体

根据这里选择的设置，会使用其他参数。需要注意的是，对于用户定义的流体，模型设置中的全局参数不用于 cp 多项式，而是在这里输入的值。通过这种方式，在一个模型中也可以使用不同的用户定义流体。

当对潮湿空气使用 LibHuAir_xiw 时，水含量（总体积中水的质量份数）要作为参数 xi 来指定。

注意：与 LibHUAir_Xiw 相比，同样由 Zittau/Görlitz 应用科学大学开发的 LibHuAir 使用绝对湿度（每质量的干空气中水的质量份数）作为输入参数，并将每质量的干空气的相关焓和熵作为结果。然而，这个库没有被整合到 Ebsilon 中，因为 LibHUAir_Xiw 更符合 Ebsilon 的理念。

 

指定空气的相对湿度：

空气的相对湿度可以通过一个测量值（组件 46）来指定。在边界值（组件 1）和起始值（组件 33）中也可实现。这里需要注意的是，相应的气压和空气温度必须在同一组件中指定，因为这些都是计算水份所需要的。 

当使用 LibAmWa 处理氨/水混合物时，应将氨含量（总体积中氨的质量份数）指定为参数 xi。

当使用 LibWaLi 处理水/溴化锂混合物时，水含量（总体积中水的质量份数）应被指定为参数 xi。

当使用 LibH2 处理氢气时，必须考虑到氢气在低温下的热特性取决于 H2 分子中核自旋的相对方向。在对氢的情况下，自旋是反方向的，在正氢的情况下是平行方向的。通常是两种变体的混合（"正常氢"）。对于核磁共振成像来说，对氢是特别有用。，正常氢或对氢可以通过一个标志来被设置。

在使用 Refprop 库时，可以切换参考状态。默认情况下，Ebsilon 使用由 Refprop 指定的"默认"参考状态。其它选项有：

• NBP（正常沸点）：在标准条件下，沸点处的 h = 0，s = 0
• ASH（ASHRAE 惯例）：在 t = -40℃ 时饱和液体的 h = 0 和 s = 0
• IIR（IIR 惯例）：在 t = 0℃ 时饱和液体的 h = 200 和 s = 1
• OTH（其它）：真实气体状态的零点的规格 h0、s0、t0 和 p0
• OTO：理想气体状态的零点的规格 h0、s0、t0 和 p0

请注意，这些零点的指定必须使用 REFPROP 的默认单位：

• 焓值为 J/mol
• 熵值为 J/(mol*K)
• 温度为 K
• 压力为 kPa

这里不能进行单位转换。

在"计算模型"栏中，可以在 REFPROP 提供的各种计算模型之间进行切换：

• 使用默认方程
• 使用完整的 GERG-2008 天然气混合物模型
• 使用 AGA8 方程计算混合物特性
• 使用彭-罗宾逊（Peng-Robinson）方程进行所有计算

默认情况下，GERG-2008 方法适用于天然气的混合物，但不适用于纯流体。对于纯流体，REFPROP 中使用的方程更精确，因为它们没有（如 GERG-2008 那样）因为加快计算速度而被简化。然而，两者差异是相当小的（只要混合物中没有水）。GERG-2008（由 Wagner 和 Kunz 在波鸿开发）在相平衡方面提供了更高的一致性和精确度。

要插入 REFPROP 流体，请在"通用流体 - 组份 - REFPROP"窗口右侧的"材料"栏中点击"点击插入项..."。然后会得到一个所有可用的 REFPROP 流体的列表，从中选择一个条目。在下面的几行中，可以选择其它的组份。所有通过这种方式选择的组份都被 REFPROP 库作为一种混合物来处理。建议将这种混合物限制在少数几个组份，因为随着混合物中组份数量的增加，计算时间也会大大增加。

并不是所有的组合都可以作为一种混合物来计算，这时会收到相应的警告信息（例如："此混合物没有二元相互作用参数，假定为理想解行为"）。

除了带有灵活材料组份的自定义型混合物外，REFPROP 还提供带有固定成分的预定型混合物。

其中一些混合物被处理为"伪纯流体"，并与纯流体显示在同一列表中。它们的计算方法与纯流体一样，具有有效的（平均的）材料参数。

要访问其它预定义的混合物，必须在"材料"栏中进行鼠标右击，展开菜单项"插入默认组份"，并选择其中一个显示的混合物。

对于所有材料，还可以指定一个 cp-修正系数。这是一个恒定系数，比热容 cp 与之相乘，从而也与焓 H 和熵 S 相乘。这可以用于某种材料的确切数据不详的情况，但知道一种类似的材料，可以通过稍稍调整比热容来足够准确地描述其热力学特性。

请注意，这个修正系数与规格值 CPCORR 无关。CPCORR 专门用于 FDBR 流体中的灰分（例如在煤或烟气管道上）。通用流体的 cp-修正系数用于材料比例份数表的整个行。

对于流体类型"热液"，有几种热油和熔盐可用。也可以定义自己的材料系数。这些系数的定义可以在"计算细节-材料特性"一章的"热液"部分找到（在线文档中的"背景"）。

---

 

热值：

为了计算可燃流体的热值（NCV/GCV），引入了标志（FNCV），来确定当组份发生变化时会发生什么：

• 手动：热值必须用手输入
• 自动：如果组份发生变化，热值会自动调整
• 询问：如果组份发生变化，会询问用户是否要采纳热值。
• 始终采用计算的热值

在早期版本中，为了调整热值，必须要在改变物理属性组成后启动"采用计算值"键。由于很容易被遗忘，避免了一个潜在的错误来源。指定热值和计算热值之间存在偏差的警告（通常很烦）被降级为一个评论。

Ebsilon 现在提供新的选项来指定热值。

为此，组件 1（边界输入值）和组件 33（通用输入值/起始值）分别扩展规格值如下：

（见示例：规格值（带"材料份数"）- 属性页第一页"默认值"）：

• FNCVSRC 用于定义 Ebsilon 计算净热值的来源（内部始终需要）：
  0: 净热值从组份中计算，不需要手动指定热值
  1: 使用净热值的规格值
  2: 使用总热值的规格值，从中计算出净热值
  
• FNCVCALC 用于定义从分子组份计算热值的方法：
  -1: 使用模型选项中的方法
  0: 根据 FDBR 进行计算
  1: 根据 ISO 6976 进行计算
  2: 根据 ASTM 3588 进行计算
  
• TNCVREF：如果不使用模型选项中的数值，可以在这里输入所需的热值参考温度。（仅适用于 FNCVCALC > 0）
  
• FNCVCALCELEM 用于定义从元素组份计算热值的方法：
  -1: 使用模型选项中的方法
  0: FDBR（无变化）)
  1: Dulong
  2: Boie
  3: Grummel/Davis
  4: Mott/Spooner
  5: IGT
  6: Seyler
  7: Neavel
  8: Given
  9: Francis/Lloyd
  10: Channiwala
  
• GCV 用于指定总热值（当标志 FNCVSRC 已相应设置）
  

规格值 NCV（净热值）只在标志 FNCVSRC 被相应设置时使用。

当用右键点击组份的数值时，除了之前的缩放选项外，还有两个可选：

• 创建纯流体：将此值设置为 1，其他都是 0
• 加载组份：从标准数据库中加载一个集合

在用户定义流体时，cp - 系数（从第8版开始）分别在组件 1 和 33 中而不再是在模型设置中指定。因此在一个模型中可以使用不同的用户定义流体。但是如果想混合使用这些流体，就必须使用通用流体。否则将使用第 1 条管道的 cp 值并发出警告。

因此，不可能在一个组件 33 中只指定热值而同时不指定组份。有一个选择框用于指定这些数量中的哪一个要被设置，也可以设置两个或所有的三个量。

 

对真实气体修正的单独规格指定

可以进行真实气体修正以提高精度。然而与理想气体的计算相比，这将导致计算时间的显著增加。

然而在通常情况下，只有少数气流的真实气体修正在模型中是重要的。没有必要对大气压力范围内的空气和烟道气流应用。因此，可以选择针对特定的管道来定义真实气体修正。

应用的实际气体修正选项

• 根据模型选项
• 无
• Peng-Robinson
• Redlich-Kwong-Soave
• Lee-Kesler-Ploecker

分别在组件 1 和 33 （边界值和起始值）的"材料比例份数"表中指定。

该定义对相应的管道有效，然后沿着主流量传递下去。可以在管道上的结果值 FREALGC 中查看使用了哪种修正。

如果两个不同的真实气体修正值在混合器中相遇，将输出一个警告。
   

对收敛精度的单独规格指定

在 Ebsilon 中，收敛精度是一个全模型范围内的设置。它是一个变量（质量流量、压力和焓）从一个迭代步骤到下一个迭代步骤可接受的相对变化上限。只有当所有变量的相对变化都小于这个极限时，迭代过程才会成功终止。

通常情况下，这种相对变化与变量的值有关。因此，如果质量流量从 50 公斤/秒变化到 51 公斤/秒，相对变化是 1%。在收敛精度为 10-7 时（这是默认值），50 的质量流量只能多变化 0.000005 公斤/秒（即 5 毫克/秒），这个值才会被认为是收敛的。在质量流量为 0.01 公斤/秒时，可接受的变化仅为 10-9 公斤/秒。然而，这样的小变化在实践中并不重要，而且会不必要地延长迭代时间。在许多情况下，由于"数值噪声"的存在，根本无法实现收敛。

由于这个原因，Ebsilon 中定义了计算相对变化的最小参考值。当变量的值小于参考值时，相对变化的计算不是参照变量而是参照参考值。因此（在收敛精度为 10-7 时）质量流量波动小于 0.000002 kg/s，压力波动小于 0.0000002 bar，以及焓值波动小于 0.00006 kJ/kg不再被认为是收敛的障碍。

到第 11 版为止，这些最小参考值在代码中是固定的。从第 12 版开始，可以为单个数据流单独指定。这样，模型中不太感兴趣的区域可以用较低的精度来计算，以减少计算时间。

这些最小参考值在第 12 版组件 1 或 33（边界输入值或起始值）的下列标志中指定

MINREFITP

MINREFITH 和

MINREFITM

如果这些值留空，Ebsilon 将使用默认值。参考值对各自的管道有效，并沿着主流量传递下去。

在混合器上，辅助连接（引脚 3）的参考值被忽略。汇入管道以较低的精度进行计算，而在混合器的下游，流出的主管道用较高的精度计算。

注意：

此外，第 12 版中在组件 1 和 33 中应用的单独指定收敛精度功能已经转移到组件 147（限制器）中。但出于兼容性的考虑，仍然可以在组件 1 和 33 中使用。需要输入的标志 MINREFITP、MINREFITH 和 MINREFITM 已被隐藏，但如果需要，仍可显示。

 

电力管道上新起始值的输入

在电力管道上，组件 1 可以用来指定

• 电压 U，
• 电流 I，
• 频率 F，和
• 相位 PHEL，也可以用 COSP = cos（PHEL）代替PHEL。

 

注意：在 Ebsilon 中，由于历史原因，功率输出被用作电力管道的基本变量，当指定电流时，功率输出被计算并写在管道上。由于这个原因，同时指定电流和功率输出是不可能的。由于计算功率输出时需要电压和相位，因此在指定电流时，必须在同一组件 1 中指定电压和相位。

 

 

规格值（用户输入值）：见组件 33

结果值：见组件 33

 

物理应用

方程式

如果 P 给定, 那么             P1=P 如果 H 给定, 那么             H1 = H             T1 = f(P1, H1) 如果 T 给定, 那么             T1 = T             H1 = f(P1,T1) 如果 M 给定, 那么             M1 = M 如果 Q 给定, 那么             Q1 = Q             H1=Q1/M1 或 M1=Q1/H1             否则             Q1 = M1*H1

五个带边界的值的分配只发生在第二次迭代期间。

     如果 H1<=0,          , 那么 H1 = f(P1,T1)  并指定 P1 和 T1

     如果 H1 > 0,          , 那么 T1 = f(P1,H1)  并指定 P1 和 H1

     如果 Q1 <= 0,        , 那么 Q1 = M1 * H1

     如果 Q1 > 0,          , 那么 H1 = Q1 / M1，若 M1 > 0

                                    或者 M1 = Q1 / H1，若 H1 > 0

组件显示

显示选项 1

示例

点击 >> 组件 1 示例 << 加载示例。