管道（连接线）

"管道"类型的对象被用来描述模型中各组件之间的关系。

这些实际上是理想的连接线，将热力学特性从循环的一个点转移到另一个点而没有任何损失。如果要建立一个有压力和热损失的真实管道模型，需要插入一个组件 13。

EBSILONProfessional 的主要任务是为每条管道计算以下三个基本量

• 压力，
• 焓，和
• 质量流量

达到这个目标，计算被认为是成功的。

一个流体类型被分配给每一条管道。

流体类型决定了以下的热力学量

• 温度
• 热流量（或功率）
• 体积流量
• 熵
• 蒸汽含量（仅适用于水/蒸汽管道）
• 㶲

如何由上述三个基本量计算得出。

每条管道有两个连接点，可以连接到组件。当一个连接点连接到一个组件的出口时，另一个连接点必须连接到一个组件的进口，反之亦然。两个连接点上的流体类型必须与组件连接点上的流体类型相匹配。

也可以让一个或两个端点不连接，这时，计算内核将不会注意到这条管道，除非通过组件 33 或 46 在这条管道上指定数值。

逻辑管道，即具有流体类型逻辑、预定值或当前值的管道，可以连接到一个组件或另一条管道。为了建立这样的连接，将逻辑管道的结束点放在另一条管道的中间某处。这样，逻辑管道就会把数值从一条管道转移到另一条管道上。有时，逻辑管道的值不会显示在模型中（连接在内部被优化掉）。

如果将两条相同流体类型的管道在其终点处连接起来（流向正确），EBSILONProfessional 会将这两条管道统一起来，得到一条长管道。

每条管道的压力、焓值和质量流量都被计算。对于像轴或电路这样的非物质管道，内部使用压力（0.01 bar）和质量流量（1 kg/s）的虚拟值，而焓值对应于传输的功率。为了避免混淆，这些虚拟值一般不显示。

其它量的计算取决于管道的类型。可见的结果值为：

结果值

符号

空气

蒸汽

水（液态）

气

油

烟气

粗煤气

煤/灰

用户定义

电力管道

机械轴

预设值

当前值

逻辑

盐水

两相（液）

两相（气）

压力

P

x

x

x

x

x

x

x

x

x

-

-

-

-

-

x

x

x

温度

T

x

x

x

x

x

x

x

x

x

-

-

-

-

-

x

x

x

焓

H

x

x

x

x

x

x

x

x

x

-

-

-

-

-

x

x

x

质量流量

M

x

x

x

x

x

x

x

x

x

-

-

-

-

-

x

x

x

热量流量

Q

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

-

-

-

x

x

x

蒸汽含量

X

-

x

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

x

密度

RHO

x

x

x

x

x

x

x

x

x

-

-

-

-

-

x

x

x

比容

V

x

x

x

x

x

x

x

x

x

-

-

-

-

-

x

x

x

体积流量

VM

x

x

x

x

x

x

x

x

x

-

-

-

-

-

x

x

x

熵

S

x

x

x

x

x

x

x

x

x

-

-

-

-

-

x

x

x

㶲

E

x

x

x

x

x

x

x

x

x

-

-

-

-

-

x

x

x

结果可以用数值十字标显示，也可以用数值框显示。

㶲按照以下公式计算

E = H - Href - Tref (S - Sref)

需要一个参考状态，它是在两个带参考压力和参考温度的测量点的帮助下定义的，这两个测量点可以位于循环中的任何地方。然后根据压力和温度计算出参考焓值和熵值。不考虑化学和电学效应。

其他管道属性是基本变量压力（DP）、热焓（DH）和质量流量（DM）的置信区间。在校核验证过程中，这些都是根据 VDI 2048 标准计算的。

迭代的精确性

计算结束后，质量流量、压力和焓的倒数第二个和最后一个迭代步骤之间的相对偏差作为结果值 DITM、DITP 和 DITH 显示在每一条管道上。

性能结果 - 温差 DELTA_T：

为了能够正确处理逻辑结构中的温差，引入了一个管道结果值 DELTA_T。当使用using EBSILONProfessional 标准单位时（°C 用于温度，K 用于温差），其数值等于 T 的值。但在改变单位时表现不同。例如：T = 0°C 变成 32°F，但 DELTA_T = 0 K 变成 0 Rk。.

性能结果 - NCV0:

每一条带组份的管道都有一个 NCV0 的结果值（参考温度为 0°C 时的 NCV）。由于 Ebsilon 将焓值的零点定为 0°C，所以 0°C 的 NCV 也必须用于考虑能量平衡。

 

除了提到的基本量，计算内核还决定了某些类型的流体的化学组份。这种类型的管道具有额外的属性：

• 流体中所包含的每种材料的质量份数，用 X 和材料的名称表示
• 净热值 NCV , 净热值 NCV0（参考温度为 0℃）
  由于 Ebsilon 将焓值零点定为0°C，0°C 时的 NCV 也必须用于考虑能量平衡。
• 挥发份数（仅适用于煤）
• 煤炭类型（仅适用于煤 ）
• 密度（仅适用于油）
• Z-系数（仅适用于油）
• 固体颗粒的标准化份数 [mg / nm³]（适用于空气、烟气和粗煤气）

对于固体（煤、灰）和液体（油、用户定义流体），成分由基本分析确定（C、H、O、N、S 和 Cl 的份数）。

对于气体，摩尔组份是指定的。

在某些流体类型中，EBSILONProfessional 能够处理气体和固体的混合物，例如，烟气中可能有固体颗粒。在这种情况下，数值 XC、XH、XO、XS、XCl、XASH 和 XLIME 描述固体（或液体）部分，而 XN2、XO2 等描述气体部分。

一个特殊的情况是水。在水管道中（液态水或蒸汽），没有定义化学组份。

对于其它流体中的水含量，在第 10 版之前有三个量：

• XH2OL 表示气体流中液态水的比例（默认值 ，只作为管道结果值）
• XH2OG 表示气体流中气态水（蒸汽）的比例（默认值，只作为管道结果值）
• XH2OB 表示煤或油中结合水的比例，即被认为是煤或油流体的一部分的水的比例，它将对净热值的计算产生影响（实际上会降低）。

现在由于 XH2OG 和 XH2OL 合并为 XH2O（相应地，XNH3L 和 XNH3G 也合并为 XNH3，以及 XCO2 和 XCO2L 合并为 XCO2），在规格值（组件 1 和 33）中不能再为分配给旧变量。

在管道结果中，可以通过结果值 XL_H2O、XL_CO2、XL_NH3 来获取相的信息。这些值显示了液体比例，例如，XL_H2O = XH2OL / XH2O。出于兼容性的考虑，XH2OG 和 XH2OL 仍然存在。

由于 EBSILONProfessional 允许煤、油或用户定义中有气态馏份，所以煤、油或用户定义的气态馏份中可能有 H2O。请注意，这种水馏分的处理方式与 XH2OB 馏份不同。

根据流体的类型，有以下属性可供选择：

量

符号

空气

蒸汽

水（液态）

气

油

烟气

粗煤气

煤/灰

用户定义

电力管道

机械轴

预设值

当前值

逻辑

净热值

NCV

x

x

x

x

x

x

x

流体中所包含的每种材料的质量份数，用 X 和材料的名称表示 （见 "管道属性"-"组份"）

XN2 到 XLNH3

x

挥发物份数（仅对煤）

VOLA

x

Z - 系数（仅对油）

ZFAC

x

煤类型（仅对煤）

FCOAL

x

灰分 cp 的修正系数

CPCORR

x

0℃ 时的净热值

NCV0

x

x

x

x

x

x

x

固体颗粒的份数（干），单位 mg/Nm3

MGNM3

x

x

-

-

-

-

-

元素分析定义份数的密度

RHOELEM

x

x

x

x

x

x

x

x

x

-

-

-

-

-

氮氧化物的体积份数（干）（根据参考氧气浓度标准化）

NOXP

x

x

-

-

-

-

-

氮氧化物的份数（干），单位 mg/Nm3

NOXM

x

x

-

-

-

-

-

氨气的体积份数（干）

NH3P

x

x

-

-

-

-

-

氨气的份数（干），单位 mg/Nm3

NH3M

x

x

-

-

-

-

-

盐的质量占总质量的比例份数

SALT

-

-

-

-

-

介质类型（仅用于两相流体）

FMED

x

x

x

x

x

x

x

-

-

-

-

-

制冷剂介质/空气中水的比例份数

XI

x

x

-

-

-

-

-

气态水比例份数

XH2OG

x

x

x

x

x

x

x

-

-

-

-

-

液态水比例份数

XH2OL

x

x

x

x

x

x

x

-

-

-

-

-

管道中的化学组份是由计算内核计算的。要指定一个组份，必须使用组件 1 或 33。详见 材料组份定义。

管道结果 MGNM3, NOXP, NOXM, NH3P, NH3M

这些值被转换到第10版（对于固体参考条件（1巴，0℃），考虑到水的含量，据此，在这些条件下，水主要存在于液相中。由于它的密度也被考虑在内（见 "考虑气体比容中的非气态成分 "一段），结果可能难以解释。

考虑到水的份数，这些值被转换为固定参考条件（1 bar, 0°C）（版本 10），在这些条件下，水主要存在于液相中。由于考虑了它的密度（见 "考虑气体比容的非气态成份 "一段），结果可能难以解读。这些量通常与干燥部分有关，在 Ebsilon 中也是如此。此外，这里还使用由测量值定义的"参考压力"（FTYP = 13）和"参考温度（用于标准条件和可用能量）"（FTYP = 26）作为参考条件。

 

结果值标准化浓度

在"组份"表中，在烟气管道输出一些数值，用于输出污染物的浓度：

• MGNM3
  指定在参考条件（压力和温度）下，烟气中有多少固体（毫克）物质（灰分和未燃烧的燃料）和气态灰分（立方米，干燥）
  
• NH3P
  表示当烟气（干）向参考氧气浓度转换时，NH3 的摩尔份数。
  
• NH3M
  表示当烟气转化为参考氧气浓度和参考条件（压力和温度）时，一立方米烟气（干）中有多少NH3（毫克）。在 NH3P 和 NH3M 之间有一个 0.759629 的固定转换系数（NH3M = 0.759629 * NH3P）。
  
• NOXP
  表示当烟气（干燥）转化为参考氧气浓度时，NOX 的摩尔份数。这里将 NO 作为 NO2 处理，因为假定所有的 NO 在空气中都转化为NO2。
  
• NOX   
  表示当烟气向参考氧气浓度和参考条件（压力和温度）转换时，一立方米烟气（干）中的 NOX 有多少（毫克）。在 NOXP 和 NOxM 之间是一个固定的转换系数 2.05204（NOxM = 2.05204 * NOXP）。

 

输出摩尔质量

在有组份流动的情况下，摩尔质量作为结果值 MOLM 被输出。

如果指定了基本分析，这里使用的是原子的摩尔质量。

由于没有为"灰分"成份定义摩尔质量，对于灰分很多（≥10-5）的气流就不计算摩尔质量。

 

考虑气体比容的非气态成份

在计算气体（空气、烟气、煤气、粗煤气）的比容（以及密度）时，只考虑气态组件，液体和固体组件在比容中的比例通常可以忽略不计，因为它们的密度更高。

一般来说，这些成份的比容是无法计算的，因为通常只给出基本成分或一般规格"灰分"。

现在，在规格值"由基本分析定义的密度"（RHOELEM）中可以为这个比例（液体和固体成分）指定一个密度。

到第10版为止，密度规格（规格值 RHO）只用于油。为了标准化，RHOELEM 也应被用于油。RRHO 不再作为一个可用的规格值。

作为管道上的结果值，有 RHO（总流量的平均密度）和 RHOELEM（由基本分析定义的密度）。

如果密度（RHOELEM）的值输入为 0，在确定比容时，作为基本分析给出的份数将被忽略。

在非气体成份的化学组份已知的情况下，比容是由相应的材料数据确定的。这适用于液体 H2O、NH3 和 CO2，在 Ebsilon 中集成了这些库，以及用于直接脱硫的新物质，对这些物质使用以下常数：

• CaSO4 2960 kg/m³
• CaCO3 2730 kg/m³
• CaO 3370 kg/m³
• Ca(OH)2 2240 kg/m³
• MgCO3 2960 kg/m³
• MgO 3580 kg/m³

如果在煤中存在结合水（H2OB），将被视为煤的一个成份，也就是说，假定这部分已经包含在 RHOELEM 中。然而煤管道上的 H2O（例如煤块之间的雨水），将用 H2O 的材料数据单独计算。

 

比容 （V）

正如在考虑气体比容的非气态成份时所述，在计算比容时也要考虑非气态成份。

在气体流动的情况下，这将导致比容的增加，从而导致密度的降低。由于气流中的液体成分通常很小，而且液体的比容大大小于气体成分的比容，这只导致微小的变化。
然而，为了避免不准确，建议重复设计计算，如果比容或体积流量为标称值的组件（如节流阀）被带有液体部分的气流流过，则应重新存储参考值。

对于"煤"、"油"和"用户定义"类型的管道，现在输入的密度只与元素分析所定义的份数成反比，而其余部分则使用各自的材料数据。如果在这种管道中存在气体成分，这将导致相应的更高的比容积，从而降低密度。

 

注：材料数据被重复指定时的警告

当为了指定压力、温度或质量流量而将起始值放在有组份的管道上时，而没有将"材料份数"表上的开关设置为"不指定成分"，这种情况经常发生。默认情况下，指定的是组份。这对计算没有影响，因为无论如何在迭代的过程中都会覆盖组份的双重指定。第 7 版之前，不可能停用组份指定。

 

机械轴和电力流

---

 

对于管道类型

- 机械轴
- 电力流

只考虑一个属性，即性能 Q，因此像齿轮和变压器这样的组件只能通过更复杂的逻辑结构来表示。

为了简化这一点，为这些类型的管道引入了以下附加属性：

• F: 转速和频率（分别适用于机械轴和电力流）
• I: 电流（仅适用于电力流）
• U: 电压（仅适用于电力流）
• PHEL: 电压和电流之间的相移（仅适用于电力流）

此外，还有

• COSP: 功率系数（仅适用于电力流）
• NPHAS: 电流类型（仅适用于电力流）

功率和电流是通过以下相关性联系在一起

            Q = U * I * cos(PHEL),

在电力管道上只能指定电流或功率。如果这两个变量都被指定，则会出现双重输入的警告：焓的双重输入，功率和电流都被映射为计算内核的内部变量"焓"。因此频率被映射为质量流量，电压被映射为压力，而相位被映射为 NCV。如果要为这些变量创建方程，在对组件进行编程（内核脚本）时需要考虑这一点。

变量 COSP=cos(PHEL) 也被称为功率系数。

对于电力管道，可以设置是否适用直流电、单相交流电或三相交流电（三相电流）。通过边界输入值（组件 1）和起始值（组件 33）中的规格值 NPHAS 分别进行设置，或者在有电力出口的组件中进行设置。

在 Ebsilon 中，这个设置只影响功率输出和电流的关联性。

对于直流电适用：有功功率 Q = U * I

对于单相交流电适用：有功功率 Q = U * I * cos (phi)

对于三相交流电适用：有功功率 Q = U * I * cos (phi) * SQRT (3)

当指定电流时，对于三相电流来说，功率输出增加了一个 SQRT(3) 系数。

NPHAS 是按流动方向传输的。当连接不同 NPHAS 的管道时，使用主进口的数值。

指定频率、电流、电压和相位

这些变量可以通过

• 发电机（组件 11）
• 变速泵（组件 83）或
• 测量值输入（组件 46）

来指定。以下测量值类型被用于通过测量值输入的指定：

• FTYP=15 用于电流（在电力管道上），
• FTYP=16 用于频率和转速（在轴和电力管道上），
• FTYP=20 用于电压（在电力管道上），
• FTYP=55 用于功率系数 cos（phi），接受 phi > 0，
• FTYP=57 用于相位。

FTYP=15、16 和 20 在较早的 Ebsilon 版本中也是可用的，但之前被映射为焓值。因此在加载旧模型时要进行转换（见结果值变化）。

FTYP=55 和 FTYP=57 可以在考虑相位时实现不同级别的细节：

• 如只关心电力输出，指定功率系数就足够了（FTYP = 55）。然而，由于 cos（phi） = cos（-phi），相位的代数符号不能以这种方式明确地确定。在这种情况下，Ebsilon 假定代数符号为正。
  
• 然而，如果在模型中考虑电容或电感电阻，相位的代数符号也很重要。在这种情况下，必须使用 FTYP = 57。在这里"相位"被理解为电压和电流之间的相位差。在 PHEL > 0 的情况下，电压在电流之前（电感电阻），在 PHEL < 0 的情况下，电压在电流之后（电容电阻）。

在发电机中，规格值 COSPHI（用于功率系数）和 GENF（用于频率）以及新的规格值 VOLT 被用于指定这些变量。对于要使用的规格值，要相应地设置标志 FCOS、FGENF 和 FVOLT。这里，电流是由输出功率计算出来的，相位为正。

变速泵可以用来指定连接轴上的旋转速度。规格值 REVG 被用于此，并相应设置标志 FSPEC。

 

组件物理学：

对于机械轴或在电力管道上有进口和出口的组件，频率，以及对于电力流，两个引脚的电压和相位也是相等的。

然而，对于组件 13（"管道"），在电流上有一个特殊应用，即可以在上面为一个电阻建模。请参考章节组件 13（"管道"）中的"电阻"以了解详情。

在分流器的情况下，频率，以及在电力管道的情况下，电压和相位，在进口和两个出口被设定为相等。

在混合器的情况下，主进口（引脚 1）和出口（引脚 2）的频率和电压是相等的。如果辅助进口（引脚 3）的频率和电压与主进口重合，电流将以矢量方式相加，并计算出所得相位和功率。如果辅助进口的频率或电压与主进口不一致，将对输出功率进行简单的求和。在组件 37 和 60 中，有注释说明。在这种情况下，出口管道接受主进口管道的相位。

发电机将频率传递给电力连接和机械轴。

计划在未来的 Ebsilon 版本中增加更多的组件（如电机（组件 29）），以便考虑这些新的数值。

对于希望通过材料方程扩展方程系统的用户来说，有一点要注意：
从第 11 版开始，为了减少计算时间，不再为机械轴和电力流触发材料方程，在这种模式下不可能使用相位（内部映射为 NCV）。

 

显示：

数值显示为管道属性 "F"、"I"、"U"、"COSP "和 "PHEL"。此外，还可以使用带有相应 FTYP 的数值指示器（组件 45）。

 

机械轴和电力流结果值变化

测量值输入（组件46）:

在第 11 版和更早的模型中，电流（FTYP = 15），转速和频率（FTYP = 16）和电压（FTYP = 20）的测量值被映射为焓值，可以在逻辑结构中进一步处理。

然而，由于这些量在第 12 版中作为轴和电气管路的属性可用，因此改变了 FTYP 值的测量点行为（见上文）。

为了确保现有模型的逻辑结构继续工作，引入了兼容模式，即 FTYP = -15、-16 和 -20，它们继续被映射到虚拟焓。当加载用 11 版或更早版本创建的模型时，FTYP = 15、16、20 的测量点会自动转换为 -15、-16、-20。这样测量点就能提供与以前一样的方程式。

如果需要，可以对模型进行相应的修改，来使用新的选项。

 

发电机（组件 11）：

如果标志 FCOS 和 FGENF 被相应设置，规格值 COSPHI 和 GENF 将被转移到电力管道。由于在第 11 版中，这些标志的默认设置是"不使用"，所以不会发生任何变化。

注意：对于用较早的 Ebsilon 版本创建的模型，如果没有"不使用"的设置，可能会发生有功功率因数和频率无意地转移到电气管道。通常情况下，这没有任何影响。
然而，如果质量流量或压力的初始值已被用于轴或电气管道上（这在早期的 Ebsilon 版本中是必要的），可能会出现重复输入，可以删除多余的规格。

 

传递相位和电阻的信息

在 Ebsilon 中，只有功率输出、频率、电压以及电压的相位和电流的相位之差电力管道上传输。然而，这些信息对于带有分流器（分支）和混合器（合并）的建模是不够的，因为

• 对于混合器，两个进口管道的电流之间的相移也是相关的，
• 对于分流器来说，功率输出分布的规格不足以明确地确定两条出口管道的电流和相位。

在现实中，分流器下游的电流和相位将分别由于两个子引脚的电阻和阻抗而被设定。

在分流器中（组件 18：电流分配）可以计算出分配情况。在接下来的混合器中，根据相位对电流进行加法。

为了实现这一点，信息必须在电气管道上进行内部传递。涉及到：

• 引脚处电阻的实部和虚部：
  该信息由组件 13 写入，在输入管道上作为电阻（FDN = 9）使用。为此组件 13 将自己的电阻加到出口管道发现的电阻上。在迭代过程中，引脚上的总电阻信息随后到达分流器（组件 18）。
  
• 线路中电流的实部和虚部：
  该信息由组件 18 写到两条输出管道上，并由组件 13 从进口处传递到出口处。在迭代的过程中，引脚的电流信息到达混合器（组件 60）。  

组件 80（分离器）和 81（管道接头）也可以安装在引脚上。它们也可以传输信息。

请注意：电流的实部和虚部的传输代表了一定的冗余，因为电流的总量通常可以根据 I = Q / （U*cos（phi）） 从功率输出、电压和相移计算出来。然而，纯无功电流（cos（phi） = 0）和断电线路上的电流（U=0）也可以通过转移电流的实部和虚部进行建模。然后总结检查功率输出和电流之间的一致性。在不一致的情况下，功率输出被优先考虑（因为 Ebsilon 认为遵守能量平衡更重要），并发出评论信息。

在组件 45 中（也见组件 33：电力管道上的新起始值输入），可以查询管道上内部存储的数据。

多重嵌套的分流器和混合器不能用这种机制来处理。电阻信息的传递总是在最里面的分流器结束。然而，对于更复杂的网络建模，可以用逻辑线将电阻信息传输到组件 18（另见组件 18：电流分配）。

 

初始化

由于频率和电压的质量流量（1.0）和压力（0.01）的起始值超出了通常的范围，频率被初始化为 3000/min，电压被初始化为 1000V。特别是太小的电压值会导致极高的电流值，这导致了初始化阶段的电阻问题。