EBSILON®Professional Online Dokumentation
|
Leitungsanschlüsse |
oder (bei FTYPEFAN = 1)
|
|
|
1 |
Lufteintritt |
|
|
2 |
Luftaustritt |
|
|
3 |
Kühlwassereintritt |
|
|
4 |
Kühlwasseraustritt |
|
|
5 |
Zusatzwasser-Eintritt (Makeup) |
|
|
6 |
Abflutwasser-Austritt (Purge) |
|
|
7 |
Ventilator-Leistung |
|
|
8 |
Logik-Eingang, Gütegrad-Vorgabe (PACKPERF) |
|
|
9 |
Logik-Eingang, Minimaltemperatur für Ventilatorsteuerung (T4MIN) |
|
Allgemeines Transiente Modellierung Vorgabewerte Verwendete Physik Bauteilform Beispiel
Bauteil 112 simuliert einen Gebläsekühlturm mit der Nasszone im Gegenstrom auf Basis der Merkel-Gleichung (z.B. VDI Wärmeatlas, Abschnitt Mj).
Für diese Kühltürme gibt es ab Release 11 einen Identifikationsmodus.
Über das Flag FIDENT wird gesteuert, ob
• die Kühlwasseraustrittstemperatur T4 berechnet werden soll (FIDENT=0)
• die Kühlwasseraustrittstemperatur T4 vorgegeben und der Luftstrom berechnet werden soll (FIDENT=1)
• die Kühlwasseraustrittstemperatur T4 vorgegeben und die Merkel-Zahl berechnet werden soll (FIDENT=2)
Es besteht auch die Möglichkeit, eine Windkorrektur vorzugeben.
Für den Pack-Charakteristik-Faktor C, den Gütegrad K und die Windkorrektur kann auch eine Kernelexpression angegeben werden.
Die Merkel-Kühltürme können jetzt auch im INTMAT-Modus (Integration der Material-Daten in das Gleichungssystem) verwendet werden. Damit ist nun auch für Schaltungen, die diese Bauteile enthalten, eine Stoffdatenvalidierung möglich.
Anmerkungen:
Es gibt bereits einen Gütegrad PACKPERF, mit dem man eine Änderung der Kühlturmgüte simulieren kann. Dieser Parameter wurde über eine Logikleitung zugänglich gemacht, so dass eine Einregelung möglich ist
Bauteil 112 ermöglicht die Modellierung transienter Fälle (zeitabhängige Berechnungen). Diese Berechnungsart wird mit dem Schalter FINST aktiviert.
Ein Kühlturm hat am meisten ein transientes Verhalten in der Kühlturmtasse, die als ein großer Wasserspeicher wirkts. Die Nasszone, gefüllt mit den Kühleinbauten, hat auch eine signifikante thermische Masse und wirkt als ein indirekter Speicher, der die Änderungen der Kühlwassertemperatur (z.B. während eines Lastwechsels) verzögert. Anschließend wirkt die Kühlturmgehäusewand auch als indirekter Speicher, der allerdings nur den Luftzustand am Kühlturmaustritt beeinflusst.
Transiente Simulationen des Kühlturms sind nur für den Ablaufbetrieb (FCIRC=1) und nicht für Hybrid-Modus (FHYBRID=0) möglich. Die Luftfeuchtigkeit am Austritt wird in der transienten Simulation des Kühlturms immer berechnet (FHUM=1).
Die Vorgabewerte für die transiente Modellierung sind in folgende Gruppen aufgeteilt.
Definition der Kühlturmtasse - hier werden die geometrischen Details der Kühlturmtasse spezifiziert. Die transiente Massen- und Energiebilanz der Kühlturmtasse werden unter der Annahme der homogenen Durchmischung des Wassers innerhalb der Kühlturmtasse berechnet. Abhängig vom Schalter FSPIN kann man entweder den Füllstand der Kühlturmtasse vorgeben (FSPIN=0) oder den Füllstand auf Basis der vorgegebenen Ein- und Austrittsmassenströme von Wasser (FSPIN=1) berechnen lassen.
Definition der Kühleinbauten - hier werden die geometrischen Details der Kühleinbauten (Nasszone) spezifiziert. Die Zone mit den Kühleinbauten wird durch folgende Parameter definiert: das Volumen der Nasszone WZVOL, der Leerraumvolumenanteil PHI und der spzifischen Oberfläche FV.
Wärmeübertragungskoeffizienten - in dieser Gruppe werden die Wärme- und Stofftransportkoeffizienten,, insbesondere für die Simulation der Verdunstung und der Wärmeübertragung in der Nasszone, spezifiziert. Die Wärmeübertragung zwischen Wasser und Luft wird mit dem Parameter ALPHIWAN in Design-Lastpunkt (definiert durch das Luft / Wasser-Verhältnis) festgelegt und mit den entsprechenden Parametern PACKFACT, PACKEXP, PACKPERF in Off-Design-Lastpunkten skaliert. Die Stofftransport (Wasserverdunstung in die Luft) wird mit dem Parameter BETAWAN in Design-Lastpunkt definiert und mit den entsprechenden Parametern PACKFACT, PACKEXP, PACKPERF in Off-Design-Lastpunkten skaliert. Es gibt zwei Alternativen den Stofftransport vorzugeben. Man kann entweder direkt den Wert BETAWAN vorgeben. Oder man definiert den Stofftransfer durch ALPHIWAN und den Lewis-Faktor LEF definiert als
\[ Le_f = \frac{\alpha}{\rho \beta c_p} \]
Hier sind \(\alpha\) und \(\beta\) jeweils der Wärme- und der Stoffübertragungskoeffizienten. \(\rho\) und \(c_p\) sind die Dichte und die Wärmekapazität der Luft.
Definition des Gehäuses - hier werden die geometrischen Details der Kühlturmgehäusewand spezifiziert.
Nach der Vorgabe der geometrischen Details eines Kühlturms kann man die Ergebnisse der stationären Merkel-Gleichung basierten Simulation, die im Bauteil 112 für die Nasszone implementiert ist, für stationäre Bedingungen (FINIT=1) reproduzieren. Dazu müssen die Parameter ALPHIWAN, BETAWAN (oder LEF) angepasst werden.
Im Fall der Identifikation - FIDENT > 0 - werden die Werte der Wärme- und der Stoffübertragungskoeffizienten Wasser-Luft (\(\alpha\) and \(\beta\)) angepasst um die vorgegebene Temperature T4 zu erfüllen.
|
FFU |
Schalter (Ein / Aus) =0: Aus (keine Luftberechnungen, setzen DT34N=T4 - T3) =1: Ein |
|
DT34N |
Kühlzonenbreite (nur für FFU = 0) |
|
FMODE |
Berechnungsmodus (Auslegung / Teillast) =0: Global |
|
FIDENT |
Komponentenidentifikation =0: Aus = 2: T4 gegeben, identifiziere Merkelzahl |
|
FWETZONE |
Schalter für Nasszonenmodus =0: Wasseraustrittstemperatur T4 einstellen =1: Temperaturannäherung der Nasszone an die Kühlgrenztemperatur =2: Merkel-Zahl (Me) =3: NTU (NTU = Me * M_Wasser_ein / M_Luft_Trocken_ein) |
|
PWETZONE |
Parameter für Nasszone Temperaturannäherung der Nasszone an die Kühlgrenztemperatur (für FWETZONE=1 Merkel Zahl (für FWETZONE=2) FWETZONE=3: NTU (für FWETZONE=3) |
|
AWR |
Verhältnis Trockene Luft / Wasser, Auslegung |
|
FPACKFACT |
Vorgabe der Pack-Charakteristik Ausdruck =0: Intern durch Vorgabewert |
|
PACKFACT |
Packungs-Charakteristik Faktor (C), Teillast |
|
EPACKFACT |
Ausdruck für Pack-Charakteristik |
|
PACKEXP |
Packungs-Charakteristik Exponent (M), Teillast |
|
FPACKPERF |
Vorgabe des Gütegrades (Teillast) Ausdruck =0: Intern durch Vorgabewert |
|
PACKPERF |
Packungs-Charakteristik Gütegrad (K), Teillast |
|
EPACKPERF |
Ausdruck für Gütegrad |
|
FMERKEL |
Schalter für Merkel-Gleichung Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Standard Merkel Gleichung |
|
FHUM |
Handhabung der Austritts-Feuchte aus der Nasszone Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Nasszone - relative Austritts-Feuchte ist Benutzereingabe |
|
PHI2 |
Nasszone - Relative Feuchte Austrittsluft (FHUM=0) |
|
DRIFT |
Relative Sprüh-Verluste |
|
FCIRC |
Schalter für Wasserumlauf Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Geschlossener Kreislauf. Bestimme Zusatz- und Abflutwasserstrom über den Parameter COC |
|
COC |
Konzentrationszyklen (Eindickungszahl) im Umlaufbetrieb Hinweis: Dies ist eine Vereinfachung, welche nicht für die Bauteile 111/112 gilt, da in diesen die tatsächliche Aufkonzentration unter Berücksichtigung der mit den Sprühverlusten (DRIFT) ausgetragenen Salze zugrunde gelegt wird. |
|
NBAYS |
Anzahl der aktiven Zellen (Auslegung) |
|
FSPECFAN |
Schalter - Berechnungsmodus für die Ventilatorgeschwindigkeit in Teillast Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Manuelle Eingabe |
|
T4MIN |
Minimale Nasszonenaustrittstemperatur (FSPECFAN=1 oder 2) |
|
DTBAND |
Hysterese zur Vermeidung von Schwingungen bei (FSPECFAN=1 oder 2) (derzeit nicht benutzt) |
|
NBAYSH |
Anzahl der Zellen mit reduziertem Volumenstrom |
|
NBAYSOFF |
Anzahl der Zellen abgeschaltet (wasserseitiger Bypass) |
|
FTYPEFAN |
Ventilatortyp Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Saugender Lüfter |
|
DP12 |
Luftseitiger Druckabfall |
|
FRVMH |
Reduzierter Volumenstromanteil |
|
EFFFANN |
Ventilatorwirkungsgrad bei Volumenstrom (nominal) |
|
EFFFANH |
Ventilatorwirkungsgrad bei reduziertem Volumenstrom |
|
LGEARN |
Relativer Getriebeverlust bei Volumenstrom (nominal) |
|
LGEARH |
Relativer Getriebeverlust bei reduziertem Volumenstrom |
|
EFFMOT |
Motorwirkungsgrad |
|
FCFWIND |
Vorgabe der Windkorrektur Ausdruck =0: Aus =2: Intern durch Vorgabewert CWTDT =3: Airflowfaktor = Port_8.M/(1 kg/s) =4: Kühlwasser Austritt Offset = Port_8.M/(1 kg/s)*(1K) =5: Kennlinie CWINDAIRFLOW, Windgeschwindigkeit x= Port_8.M/(1 kg/s)*(1m/s) =6: Kennlinie CWINDCWTDT, Windgeschwindigkeit x= Port_8.M/(1 kg/s)*(1m/s) =7: Ausdruck ECFWIND korrigiert Luftdurchsatz (Faktor) =8: Ausdruck ECFWIND korrigiert Kühlwassertemperatur (dT) |
|
CFWIND |
Vorgabe Windkorrekturfaktor für Luftdurchsatz (Faktor) |
|
CWTDT |
Vorgabe Windkorrektur - dT für Wassertemperatur |
|
ECFWIND |
Ausdruck für Windkorrekturfaktor |
|
FHYBRID |
Schalter für Hybrid-Modus Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Aus |
|
MGNPLUME |
Marge zur Schwadenbildung (FHYBRID=2) |
|
FHX |
Schalter für Wärmetauscher-Modus Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Aus |
|
PHX |
Wärmetauscher-Parameter - Temperaturänderung (wenn FHX=2) - Fläche (wenn FHX=3) |
|
WATRAT |
Verhältnis Trockenzone / Gesamtwasserstrom |
|
AIRRAT |
Verhältnis Trockenzone / Gesamtluftstrom |
|
KAIR |
Luftseitiger Wärmeübergangskoeffizient |
|
KWAT |
Wasserseitiger Wärmeübergangskoeffiizient |
|
FOUL |
Foulingfaktor |
|
PLGASEXP |
Teillast-Exponent Gasseite für Wärmeübertragungskoeffizienten |
|
PLWATEXP |
Teillast-Exponent Wasserseite für Wärmeübertragungskoeffizienten |
|
HXFRAC |
Aktiver Anteil des Wärmeübertragers (Teillast) |
| FINIT |
Anfangszustand
=0: GLOBAL, gesteuert über eine globale Variable "Instationärer Modus" unter Modell-Einstellungen =1: Erster Durchlauf =2: Folgedurchlauf |
| SHEIG | Gehäusehöhe |
| SVOL | Gehäusevolumen |
| THWALL | Gehäusewanddicke |
| RHOS | Dichte Gehäusewandwerkstoff |
| LAMS | Wärmeleitfähigkeit Gehäusewandwerkstoff |
| CS | Wärmekapazität Gehäusewandwerkstoff |
| NFLS | Anzahl Punkte in Strömungsrichtung: trockene Zone |
| WZVOL | Volumen Nasszone |
| PHI | Anteil des freien Querschnitts / Leerraumvolumenanteil |
| FV | Verhältnis äußere Oberfläche zu Volumen - spezifische Oberfläche der Kühleinbauten |
| RHOFM | Dichte Kühleinbautenwerkstoff |
| LAMFM | Wärmeleitfähigkeit Kühleinbautenwerkstoff |
| CFM | Wärmekapazität Kühleinbautenwerkstoff |
| NFLWZ | Anzahl Punkte in Strömungsrichtung: Nasszone |
| FSPIN |
Schalter Instationärer Bilanzberechnungsmodus 0: Flüssigkeitslevel gegeben, Massenströme berechnet 1: Massenströme gegeben, Flüssigkeitslevel berechnet |
| VF | Mittlerer flüssiger Volumentanteil (Flüssigkeitslevel) am Ende des Zeitschritts |
| VMIN | Volumen bei Anteil flüssigen Volumens von 0 |
| VMAX | Volumen bei Anteil flüssigen Volumens von 1 |
| FLVCALC |
Berechnungsmodus für Flüssigkeitsvolumen 0: linear zwischen VMIN und VMAX 1: ELV verwenden |
| ELV | Funktion zur Berechnung des Flüssigkeitsvolumens |
| TWBEG | Temperatur in der Kühlturmtasse zu Beginn des Zeitschritts (relevant nur für transiente Zeitschritte) |
| ALPHIS | Innerer Wärmeübertragungskoeffizient zwischen Luft und Gehäusewand |
| ALPHIFP | Innerer Wärmeübertragungskoeffizient zwischen Wasser und Kühleinbauten |
| ALPHIWAN | Innerer Wärmeübertragungskoeffizient zwischen Wasser und Luft (Nominalwert) |
| FCALCMT |
Schalter Berechnung des Stofftransportkoeffizienten zwischen Wasser und Luft 0: Stofftransportkoeffizient berechnen auf Basis des Lewis-Faktor-Vorgabewertes (LEF) 1: use directly BETAWAN value and Off-design factors and exponents |
| LEF | Lewis-Faktor Vorgabewert |
| BETAWAN | Stofftransportkoeffizient zwischen Wasser und Luft (Nominalwert) |
| ALPHO | Äußerer Wärmeübergangskoeffizient (zur Umgebung) |
|
AWRN |
Luft zu Wasser - Verhältnis (nominal) |
|
MERKELN |
Merkel-Zahl (nominal) |
|
DP12N |
Luftseitiger Druckabfall (nominal) |
|
RHO1N |
Umgebungsluftdichte |
|
PHI1RAT |
Umgebungsluftfeuchtigkeitsverhältnis |
|
PHI2RAT |
Luftaustrittsfeuchtigkeitsverhältnis |
|
RHO2 |
Luftaustrittsdichte |
|
M2N |
Austrittsluftmassenstrom (nominal) |
|
M1N |
Lufteintrittsmassenstrom (nominal) |
|
MDRYWZ |
Nasszone-Trockenluftmassenstrom |
|
MAIRHXN |
Wärmeübertragungsluftmassenstrom (nominal) |
|
MWATHXN |
Wärmeübertragungswassermassenstrom (nominal) |
|
KNAIR |
Luftseitiger Wärmeübergangskoeffizient (nominal) |
|
KNWAT |
Wasserseitiger Wärmeübergangskoeffizient (nominal) |
|
AHX |
Wärmetauscherfläche (nominal) |
|
NBAYSN |
Anzahl der Zellen (nominal) |
|
VMSTACK |
Kamin-Volumenstrom (nominal) |
Die blau markierten Identifikationswerte sind Referenzwerte für Teillastberechnungen. Die Ist-Teillastwerte beziehen sich auf die in den Gleichungen verwendeten Werte.
Generell sind alle sichtbaren Eingaben erforderlich. Häufig werden jedoch Standardwerte zur Verfügung gestellt.
Für weitere Informationen über die Farbe der Eingabefelder und ihre Beschreibungen siehe Komponenten bearbeiten\Vorgabewerte
Für weitere Informationen über Auslegung vs. Teillast und Nominalwerte siehe Allgemeines\Nominalwerte übernehmen
|
Kennlinie 1, CWINDAIRFLOW: CF(Luftmassenstrom) = f (Windgeschwindigkeit) CF = Korrekturfaktor |
|
X-Achse 1 Windgeschwindigkeit 1. Punkt |
|
Kennlinie 2, CWINDCWTDT: dT (Kühlwassertemperatur) = f (Windgeschwindigkeit) |
|
X-Achse 1 Windgeschwindigkeit 1. Punkt Y-Achse 1 dT (Kühlwassertemperatur) 1. Punkt |
Der Ventilatorkühlturm besteht aus mehreren Zellen mit jeweils drei Zonen. Diese Zonen sind die nasse Kühlzone, die (optionale) trockene Kühlzone und der Ventilator. Allen Zellen gemeinsam ist das Kühlturmbecken.
Kern der Berechnung der nassen Kühlzone ist die Merkel-Gleichung [VDI Wärmeatlas, 9. Auflage, Kapitel Mj], die den Prozess des kombinierten Wärme- und Stoffaustauschs zwischen dem Wasser und der die Packung durchströmenden Kühlluft beschreibt.
Der linke Teil der Gleichung (die sogenannte Merkel-Zahl Me) beschreibt den thermischen Aufwand zur Erreichung der gewünschten Kühlleistung (mit der Enthalpiedifferenz zwischen Sättigung und dem jeweiligen Zustand der Luft als Basis), während der rechte Teil die Eigenschaften der Packung und der Betriebsweise des Kühlturms zusammenfasst. In der nachfolgenden Grafik werden die Arbeitsgerade des Prozesses und seine wesentlichen Parameter dargestellt.
Im Auslegungsmodus kann über die Vorgabewert des Berechnungsmodus FWETZONE und dem dazugehörigen Parameterwert PWETZONE festgelegt werden, ob die Kühlturmcharakteristik (entweder als Merkel-Zahl oder als NTU-Zahl, die gleich Me/AWR ist) vorgegeben wird, oder ob sie unter Vorgabe der Wasseraustrittstemperatur bzw. der Temperaturannäherung an die Kühlgrenztemperatur der Luft berechnet werden soll.
Um Hybridkühltürme zu modellieren, welche zur Schwadenunterdrückung ausgeführt werden, kann die trockene Zone durch Auswahl des hybriden Modus im Parameter FHYBRID aktiviert werden.
Im Auslegungsmodus wird die Verteilung von trockener zu nasser Kühlleistung des hybriden Kühlturms entweder nach der Vorgabe der Luft und Wasserverteilung oder mittels Abstand von der Taulinie (definiert als Temperaturdifferenz) festgelegt.
Im Teillastmodus wird die Luftverteilung nach Maßgabe des Ventilatorbetriebs (Anzahl der auf Halblast betriebenen bzw. ausgeschalteten Ventilatoren) und der Druckverlustbeiwerte ermittelt. Die Bauteilphysik der trockenen Zone wird nach den Regeln für einen normalen Luft-Wasser-Kreuzstrom-Wärmetauscher modelliert, jene der nassen Kühlzone nach den Regeln der Merkel’schen Hauptgleichung. Das Teillastverhalten der nassen Zone wird mit einer Kennlinie der Merkel-Zahl als Funktion der Betriebs- und Prozessparameter beschrieben.
Die Bilanz um das Kühlturmbecken legt nach Beimischung des Zusatzwassers die endgültige Kaltwassertemperatur fest.
Die Merkelzahl wird berechnet durch Integration der Merkel-Gleichung.
Herausfinden der entsprechenden Wasseraustrittstemperatur, um die gewünschte Merkelzahl zu erhalten.
Über die Beziehung: Me = MeDesign * K*C*(AWR/AWRDesign)m wird die aktuelle Merkelzahl errechnet. Dann findet ein Solver den entsprechenden Wasseraustritt für diese Merkelzahl. K, C und m sind definiert als PACKPERF, PACKFACT und PACKEXP.
Wird die Austrittsfeuchte vom Benutzer gesetzt (FHUM=0), kann die Merkelzahl mittels Quadraturformel bestimmt werden. Eine Umsetzung von Algorithmus 699 aus TOMS; TRANSACTIONS ON MATHEMATICAL SOFTWARE, BAND 17, NR. 4, DEZEMBER 1991, S. 457-461 wird verwendet.
Wenn die Nasszonenaustrittsfeuchtigkeit berechnet wird (FHUM=1), muss ein System gewöhnlicher Differentialgleichungen gelöst werden. Hier wird ein Runge-Kutta-Verfahren der Ordnung 5 verwendet (Dormand-Prince).
Der Wärmetauscher wird mit einem Durchgang modelliert nach der NTU-Effectiveness Methode (VDI Wärmeatlas, Sektion Ca; "Compact Heat Exchangers" von W.M. Kays und A.L. London).
Die Off-Design Beziehung für die Wärmeübertragungskoeffizienten lautet
luftseitig:
k Gas Off-Design = k Gas Design *(v Gas Off-Design / v Gas Design)m1 (Default m1=0.8, m1 entspricht PLGASEXP)
wasserseitig:
k Wasser Off-Design = k Wasser Design *(v Wasser Off-Design / v Wasser Design)m2 (Default m2=0.8, m2 entspricht PLWATEREXP)
Die Dichte des Wassers wird als konstant angenommen.
Im Designmodus werden die Luftmenge und der Druckverlust über die Eingabeparameter AWR und DP12 bestimmt.
Der Volumenstrom durch das Gebläse und die Leistung werden berechnet.
Die Schaltungsvoraussetzung ist eine konstante Volumenstromrate bei nominaler Ventilatorgeschwindigkeit.
Bei reduzierter Ventilatorgeschwindigkeit wird die Volumenstromrate durch den Parameter FRVM angepasst.
Das Verhältnis für den Druckverlust wird durch die folgenden Gleichungen beschrieben:
mit rho = Dichte und A = Querschnittsfläche:
und der Eliminierung von 
führt zur die endgültigen Off-Design-Korrelation für den Druckverlust:
 |
Form 1 |
Klicken Sie hier >> Bauteil 112 Demo << um ein Beispiel zu laden.
