EBSILON®Professional Online Dokumentation
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Leitungsanschlüsse |
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Fluid Eintritt |
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Repräsentativer Abzweig |
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3 |
Reststrom |
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Logikleitung zum Sammler |
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Allgemeines Vorgabewerte Verwendete Physik Diagramme Bauteilform Beispiel
Das Bauteil 114 „Verteiler" wird benutzt, um einen mit Punkt 1 („Fluideintritt”) verbundenen Massenstrom in zwei Ströme zu trennen. Während die einfachen Verzweigungsbauteile in EBSILON®Professional sich nur um die Massenbilanz kümmern, bietet Bauteil 114 auch eine Wärme- und Impulsbilanz. Das Bauteil ist dafür bestimmt, einen Header zu modellieren, der einen Fluidstrom gleichmäßig auf eine Anzahl von Abzweigen verteilt. So eine Konfiguration kann in Solarkraftwerken mit Parabolrinnentechnologie gefunden werden, wo eine große Anzahl von Kollektorschleifen an einen Header angeschlossen ist. Nur ein „repräsentativer Abzweig” wird über Anschlusspunkt 2 modelliert. Es ist möglich festzulegen, dass nicht der gesamte Massenstrom über die Abzweige verteilt wird, sondern ein verbleibender Rest das Bauteil am Anschlusspunkt 3 verlässt („verbleibende Ausströmung“).
Anschlusspunkt 2 beschreibt einen repräsentativen Abzweigungspunkt. Obwohl gleichmäßige Verteilung der Masse auf alle Abzweige angenommen wird, können die Abzweigungspunkte entlang des Headers unterschiedliche Enthalpien und Drücke aufgrund von Wärme- und Druckverlusteffekten haben. Der Nutzer muss auswählen, welche thermodynamischen Eigenschaften (Druck und Temperatur) er als repräsentativ für seine Anwendung erachtet. Mehrere Optionen sind verfügbar.
Der Nutzer muss vorgeben, wie viele Abzweigungspunkte sich entlang des Headers befinden. Es wird angenommen, dass die Anzahl der Abzweigungspunkte gleich der Anzahl der Abschnitte zwischen diesen Abzweigungspunkten ist. Das bedeutet, dass der erste Abzweigungspunkt dem ersten Headerabschnitt nachgelagert ist. Der letzte Abzweigungspunkt ist dem letzten Headerabschnitt nachgelagert und daher am Ende des Headers.
Aufgrund einiger Unterschiede in der Funktionsweise der zwei Modelle sind ein Verteiler (114) und ein Sammler (115) verfügbar.
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NBRANCH |
Anzahl der Abschnitte und daher Abzweigungspunkte im Header |
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IBRANCH |
Position des repräsentativen Abzweigungspunkts im Header (rotes Dreieck in der Grafik)
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NLOOPS |
Anzahl der an jeden Abzweigungspunkt angeschlossenen Schleifen (Ganzzahl) |
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IDP |
Position des Knotenpunkts für Druckverlustberechnung (1<=IDP<=NBRANCH) |
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FSPECM |
Definition der Massenstrom-Aufspaltungsmethode Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Verbleibende Ausströmung M3 gegeben von außen |
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M3M1 |
Verhältnis von M3 zu M1 (benutzt wenn FSPECM=1) |
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FREPH |
Methode zur Berechnung der Enthalpie am Abzweig Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Lokaler Wert bei IBRANCH |
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FREPP |
Methode zur Berechnung des Drucks am Abzweig Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Lokaler Wert bei IBRANCH |
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LSECT |
Länge des Headerabschnitts zwischen zwei Abzweigungspunkten |
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FDADAPT |
Annahme für das Durchmesserprofil entlang des Headers (benutzt wenn FDPN=1/2) Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: konstanter Durchmesser gegeben durch DDESIG |
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DDESIG |
Header, innerer Durchmesser (konstant entlang des Headers, benutzt wenn FDPN=1/2 und FDADAPT=0) |
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VDESIG |
Header, Auslegungsgeschwindigkeit (konstant entlang des Headers, benutzt wenn FDPN=1/2 und FDADAPT=1) |
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FMODE |
Flag für Berechnungsmodus (Auslegung / Teillast) Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Global =1: lokale Teillast (d.h. immer Teillast-Modus, auch wenn global eine Auslegungsrechnung durchgeführt wird) = -1: lokale Auslegung |
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FDPN |
Methode zur Berechnung des nominalen Druckverlusts Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Gegeben durch Parameter DP12N |
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DP1RN |
Nominaler Druckverlust zwischen Einströmung 1 und Knotenpunkt IDP |
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DP13N |
Nominaler Druckverlust zwischen Einströmung 1 und Ausströmung 3 |
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FDPPL |
Methode zur Berechnung von Teillast-Druckverlust Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: abhängig vom Massenstrom |
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ZETAARM |
Singulärer Druckverlustkoeffizient am Abzweig |
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KS |
Äquivalente Sandrauhigkeit der inneren Rohroberfläche (benutzt für Druckverlustberechnung) |
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FQLOSS |
Methode zur Berechnung von Wärmeverlusten zur Umgebung Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Spezifischer Wärmeverlust festgesetzt durch QSLOSS |
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QSLOSS |
Längenspezifischer Wärmeverlust (konstant entlang des gesamten Headers, benutzt wenn FQLOSS=0) |
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TSLOSS |
Längenspezifischer Temperaturabfall (konstant entlang des gesamten Headers, benutzt wenn FQLOSS=1) |
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HSLOSS |
Längenspezifischer Enthalpieabfall (konstant entlang des gesamten Header, benutzt wenn FQLOSS=2) |
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RATISOL |
Isoliermaterialdicke (Verhältnis von äußerem zu innerem Durchmesser des Isoliermaterials, benutzt wenn FQLOSS=3) |
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LAMISOL |
Wärmeleitfähigkeit des Isoliermaterials (benutzt wenn FQLOSS=3) |
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CORQLOS |
Faktor zum Korrigieren des vom Wärmeverlustmodell bezogenen Wärmeverlusts (benutzt wenn FQLOSS=3) |
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FSTAMB |
Definition der Umgebungstemperatur (erforderlich für modellbasierte Wärmeverluste) Ausdruck =0: Gegeben durch Parameter TAMB |
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TAMB |
Umgebungstemperatur (benutzt wenn FQLOSS=3 und FSTAMB=0) |
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ISUN |
Index des Referenz-Solardatenbauteils |
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M1N |
Massenstrom am Eintritt (nominal) |
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M3N |
Massenstrom des Reststroms (nominal) |
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P1N |
Druck, Eintritt (nominal) |
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H1N |
Enthalpie, Eintritt (nominal) |
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VR12N |
Spezifisches Volumen bei Referenzpunkt 1-2 (nominal) |
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VR13N |
Spezifisches Volumen bei Referenzpunkt 1-3 (nominal) |
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TAMBN |
Umgebungstemperatur (nominal) |
Die blau markierten Parameter sind Referenzgrößen für den Teillastmodus. Die Ist-Teillastwerte beziehen sich in den verwendeten Gleichungen auf diese Größen.
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
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QLOSS12 |
Wärmeverlust zwischen Fluideintritt und repräsentativem Abzweig |
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QLOSS13 |
Wärmeverlust des gesamten Headers |
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QLOSSA |
Durchschnittlicher längenspezifischer Wärmeverlust |
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DT12 |
Temperaturabfall zwischen Fluideintritt und repräsentativem Abzweig |
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DT13 |
Temperaturabfall zwischen Fluideintritt und verbleibendem Austrittsstrom |
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DP12 |
Druckverlust zwischen Fluideintritt und repräsentativem Abzweig |
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DP13 |
Druckverlust über den gesamten Header |
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DPZETA |
Zusätzlicher Druckverlust am repräsentativen Abzweig |
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DPSA |
Durchschnittlicher längenspezifischer Druckverlust |
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DMAX |
Maximaler Durchmesser |
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DMIN |
Minimaler Durchmesser |
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RTAMB |
Für die Berechnung benutzte Umgebungstemperatur |
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RNBRANCH |
Anzahl der für die Berechnung benutzten Abzweige |
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RIBRANCH |
Für die Berechnung benutzter repräsentativer Abzweig |
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RNLOOPS |
Für die Berechnung benutzte Anzahl von Schleifen pro Abzweig |
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RLSECT |
Für die Berechnung benutzte Länge eines Abschnitts |
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RISUN |
Für die Berechnung benutzter Index |
Der in das Bauteil eintretende Massenstrom M1 wird aufgespalten in NBRANCH*NLOOPS gleiche Massenströme M2 in die Abzweige hinein und einen verbleibenden Massenstrom M3, der den Header am Ende verlässt. Das Verhältnis von M3 zu M1 muss durch den Parameter M3M1vorgeschrieben werden, oder M3 wird extern auf die Leitung gegeben.
M2 = (M1-M3) / (NBRANCH*NLOOPS).
Der Parameter NBRANCH beschreibt die Anzahl von Abschnitten entlang des Headers. Nach jedem Abschnitt wird ein Teil des Massenstroms in den Abzweig hinein entnommen. Dieser Teil kann zu gleichen Teilen auf NLOOPS Schleifen am Abzweigungspunkt verteilt werden. Die Motivation für diese Option ist, dass in Parabolrinnen-Kraftwerken normalerweise zwei Kollektorschleifen (Nord und Süd) an einen Abzweigungspunkt angeschlossen sind. Durch Vorgabe von NLOOPS=2 kann dieses Verhalten leicht dargestellt werden.
EBSILON®Professional berechnet die spezifische Enthalpie und Druck an jedem der NBRANCH Abzweigungspunkte entlang des Headers. Für die Simulation wird ein repräsentativer Abzweigungspunkt benutzt. Dieser repräsentative entspricht nicht notwendigerweise einem physischen Abzweigungspunkt des Headers, sondern muss auf Grundlage der Physik der daran angeschlossenen Bauteile gewählt werden.
Wenn eine Reihe von Solarkollektoren angeschlossen ist, wäre es sinnvoll, den repräsentativen Abzweig bei einer Durchschnittstemperatur zu haben, weil die Wärmeverluste in der Solarkollektorenreihe vom Temperaturunterschied zur Umgebungsluft abhängen. Der Nutzer hat drei Optionen, um die am repräsentativen Abzweig eingestellte spezifische Enthalpie auszuwählen:
Die Option FREPH=0 kann benutzt werden, wenn die Minimal- (IBRANCH=NBRANCH) oder Maximaltemperaturen (IBRANCH=1) von Interesse sind.
Auf gleiche Weise kann die Höhe des Drucks am repräsentativen Abzweigungspunkt gewählt werden. Es gibt drei Optionen, um den Druck am repräsentativen Abzweigungspunkt festzulegen:
In der dritten Option betrachtet EBSILON®Professional das System von Verteiler und Sammler und ermittelt den Pfad des maximalen Druckverlusts. Für diese Option ist es erforderlich, diese beiden Bauteile durch eine logische Leitung zu verbinden. Wenn diese Option aktiv ist, erhält der repräsentative Abzweig den Druck des Abzweigungspunkts, den EBSILON®Professional identifiziert hat. Weitere Details zu dieser Methode werden in der Hilfe zu Bauteil 115 erklärt.
Der eingehende Fluidstrom M1 wird auf die verbleibende Ausströmung M3 und die Abzweige M2 verteilt. Falls keine Wärmeverluste an die Umgebung anfallen, ist die spezifische Enthalpie an den Austritten 2 und 3 dieselbe wie beim Eintritt 1. Dies ist der Fall, wenn die spezifischen Verluste an Wärme QSLOSS, Temperatur TSLOSS oder Enthalpie HSLOSS auf 0 eingestellt sind.
Wärmeverluste in den Abschnitten des Headers können berücksichtigt werden, indem man Nicht-Null-Werte für diese Parameter vorschreibt. Der Nutzer hat die Auswahl zwischen Bestimmung eines längenspezifischen Wärmeverlusts (FQLOSS=0), Temperaturabfalls (FQLOSS=1) oder Enthalpieabfalls (FQLOSS=2). Der vom Nutzer definierte Wert wird benutzt, um die spezifische Enthalpie am Ende jedes Abschnitts zu berechnen. Diese Berechnung wird für alle Abschnitte hintereinander durchgeführt, beginnend mit dem ersten Abschnitt nach der Einströmung. Die Eintrittsbedingungen der nachgelagerten Abschnitte werden gegeben durch die Austrittsbedingungen des entsprechenden vorgelagerten Abschnitts. Beachten Sie, dass der spezifische Wärmeverlust, Temperaturabfall oder Enthalpieabfall über die gesamte Länge konstant ist. Aufgrund des von Abschnitt zu Abschnitt variierenden Massenstroms ist das Temperaturprofil entlang des Headers nur linear, wenn ein konstanter Temperaturabfall gewählt wird. Die Anwendung eines konstanten spezifischen Wärmeverlusts wird zu einem nicht-linearen Temperaturprofil führen.
Als vierte Option wird eine modellbasierte Berechnung der Wärmeverluste geboten. Der effektive Wärmeverlust in jedem Abschnitt wird berechnet aus der Differenz zwischen Fluid- und Umgebungstemperatur basierend auf einer radialen Wärmeleitung im Isoliermaterial. Der nominale Wärmeverlust in einem Abschnitt i des Headers wird berechnet entsprechend der Formel
Q_0(i)=2*pi*LSECT*LAMISOL*1 / ln(RATISO) * CORQLOS * ( T_0(i) - Tamb_0) ,
wobei LAMISOL das Verhältnis von äußerem zu innerem Isoliermaterialdurchmesser (konstant entlang des Headers) und CORQLOS ein Parameter zum Korrigieren des Modellergebnisses ist. T_0(i) ist die Fluidtemperatur (in der Mitte jedes Abschnitts) und Tamb_0 die Umgebungstemperatur.
Im Teillastbetrieb wird angenommen, dass die Wärmeverluste linear sind im Temperaturunterschied zwischen Fluid und Umgebungsluft. Daher werden Verluste berechnet auf der Grundlage von Nominalwerten anhand von
Q(i) = Q_0(i) * ( T(i) - Tamb) / ( T_0(i) - Tamb_0) .
Obwohl die Umgebungstemperatur im Auslegungspunkt nur erforderlich ist, wenn die modellbasierte Berechnung (FQLOSS=3) ausgewählt wird, wird die Umgebungstemperatur als ein Referenzpunkt für die Teillast-Wärmeverluste gespeichert.
Aufgrund variierender Massenstrom-Durchsätze und Durchmesser (optional) entlang des Headers, wird der längenspezifische Druckverlust entlang des Headers nicht konstant sein. Um detaillierte Druckverlustberechnungen Abschnitt für Abschnitt zu vermeiden, wird angenommen, dass der spezifische Druckverlust durch ein Polynom zweiter Ordnung angenähert werden kann. Die Integration dieses Polynoms entlang des Headers ergibt den Druckunterschied zwischen zwei verschiedenen Stellen, und zwar DP12 als den Druckverlust zwischen Eintritt 1 und repräsentativem Abzweig 2 IBRANCH und DP13 als den Gesamt-Druckverlust zwischen Eintritt 1 und Austritt 3. Drei Knotenpunkte sind erforderlich, um die Koeffizienten des Polynoms zu bestimmen. Der erste Knotenpunkt liegt beim Eintritt 1, der zweite bei Position IDP und der dritte bei Austritt 3. Der Nutzer kann entscheiden, ob er
Ein zusätzlicher einmaliger Druckverlust an den Abzweigen kann durch Parameter ZETAARM vorgegeben werden.
Das in Bauteil 113 beschriebene Druckverlustmodell wird hier benutzt, um spezifische Druckverluste (Pa/m) an den drei Knotenpunkten zu berechnen. Dies erfordert eine Annahme über den Header-Durchmesser an diesen Stellen. Zwei Optionen sind verfügbar:
In der zweiten Option wird der Durchmesser auf Grundlage von nominalem Massenstrom und Dichte in den entsprechenden Abschnitten berechnet. Beachten Sie, dass aufgrund der Berechnungsmethode angenommen wird, dass ein kontinuierliches Profil des Durchmessers das abschnittsweise konstante Profil in einem realen System annähert.
Bei jedem Abzweigungspunkt kann ein zusätzlicher Druckverlust für den Abzweig auferlegt werden, indem man einen Druckverlustkoeffizienten ZETAARM festlegt. Gemäß VDI Wärmeatlas wird der Druckverlust zwischen dem Abzweigungspunkt vorgelagerten Hauptstrom und dem Abzweig auferlegt. Ein Druckverlust für den Hauptstrom (dem Abzweigungspunkt vorgelagert bis nachgelagert) wird nicht berücksichtigt, da er normalerweise viel kleiner ist. Der Druckverlust DPZETA wird berechnet als
DPZETA = ZETAARM * RHO * VEL**2 / 2.
Die Geschwindigkeit ist die dem Abzweigungspunkt vorgelagerte. Wenn ein konstanter Durchmesser im Header gewählt wird (FDADAPT=0), hängt die Geschwindigkeit vom Abschnitt und daher vom Parameter IBRANCH ab. Für FDADAPT=0 (konstante Geschwindigkeit) sind die Geschwindigkeit und daher DPZETA unabhängig von IBRANCH.
Der Nutzer hat die folgenden Optionen zur Berechnung des Teillast-Druckverlusts:
Abbildung 1: Druckverlustberechnung im Header
Abbildung 2: Druckverlust - Berechnungsmethode
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Form 1 |
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Form 2 |
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Form 3 |
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Form 4 |
Klicken Sie hier >> Bauteil 114 Demo << um ein Beispiel zu laden.
