EBSILON®Professional Online Dokumentation
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Anschlüsse |
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Lufteintritt |
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Luftaustritt |
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Eintritt der heißen Seite (Dampf oder Fluid) |
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Austritt der heißen Seite (Kondensat oder Fluid) |
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Elektrische Ventilatorleistung |
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Luftzustand hinter Ventilator |
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Externer Logik-Eingang für Regelungen |
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Allgemeines Durchflusscharakteristik Leistungscharakteristik Kondensator Leistungscharakteristik Kühler Vorgabewerte Kennlinien Literatur
Bauteil 127 repräsentiert einen luftgekühlten Kondensator (LUKO), der den Abdampf einer Dampfturbine kondensiert. Alternativ dazu kann es auch verwendet werden, um einen Luftkühler zu modellieren, der ein Fluid abkühlt. In beiden Fällen erwärmt es dazu einen Luftstrom aus der Umgebung, der mittels eines Ventilators durch das Rohrbündel bewegt wird.
Üblicherweise besteht ein luftgekühlter Kondensator aus mehreren Zellen mit in Dreiecksform angeordneten Rohrbündeln (sogenannten 'A-Frames'), die in parallelen Reihen angeordnet werden. Im Auslegungsmodus gibt es zwei Methoden, um den luftgekühlten Kondensator zu dimensionieren: (a) die Anzahl der Zellen setzen und die Größe der Zelle zu bestimmen, um der Kühlleistung zu entsprechen, bei Auslegungsmethode FDESIGN = 0, oder (b) die Dimension der Zelle vorzugeben und die erforderlichen Anzahl von Zellen zu bestimmen , bei FDESIGN = 1 ist.
Zur Dimensionierung der Zelle des luftgekühlten Kondensators kann der Anwender zwischen zwei Methoden wählen:
Wenn die Anzahl der erforderlichen Zellen eines bestimmten Bautyps bestimmt wird, um denZielwert für einen bestimmten Druck oder eine bestimmte Austrittstemperatur zu erreichen, müssen alle Nominalwerte mit Ausnahme der Anzahl der Zellen und des Reinheitsgrads definiert werden. Da die Anzahl der Zellen NBAYSN eine ganze Zahl sein muss, wird Reinheitsgrad CLFN so eingestellt, dass sich ein ganzzahliger Wert ergibt.
Der Luftstrom durch die Rohrbündel wird durch Ventilatorgebläse erzeugt, die üblicherweise auf bestimmten Geschwindigkeitsstufen betrieben werden. Um die Wellenleistung des Ventilators und letztlich die elektrische Leistung des Gebläses zu berechnen kann der Benutzer den luftseitigen Druckverlust spezifizieren. Alternativ dazu kann die Motorleistung vorgegeben werden, und der luftseitige Druckverlust wird berechnet.
Der luftgekühlte Kondensator wird im Off-design gemäß ASME PTC 30.1-2007 '"Air-cooled Steam Condensers" and VGB-R 131 M "Abnahmemessungen und Betriebsüberwachung an luftgekühlten Kondensatoren unter Vakuum" modelliert. Das Modell bietet verschieden Methoden zur Betriebssimulation und zur Anpassung der Off-design Charakteristik an und erlaubt so die detailgenaue Anpassung an Herstellerdaten oder Messergebnisse.
Für den Luftkühler ist die Bauteilphysik sehr ähnlich, mit der Ausnahme, dass im Auslegungsfall der Austrittszustand der heißen Seite exakt spezifiziert werden muss.
Der luftseitige Druckverlust entsteht auf der Wärmeübertragungsfläche der Rohrbündel und muss durch den Druckhub des Ventilators kompensiert werden, sodass P2 gleich P1 ist. Die Logik-Leitung am Anschluss 6 enthält den Luftzustand nach dem Ventilator, woraus der Druckverlust über das Rohrbündel berechnet werden kann. In der Auslegung kann dieser Wert entweder direkt spezifiziert werden (DPFAN), oder er kann indirekt über die Eingaben für Ventilatorleistung (FANPOWER), Ventilatorwirkungsgrad (FANEFF) und Motorwirkungsgrad (MOTOREFF) berechnet werden.
wobei
PVent ... Ventilatorleistung
mL ... Massenstrom der Luft
rL ... Dichte der Luft
Dp ... luftseitiger Druckverlust
hVent ... Ventilatorwirkungsgrad
hM ... Motorwirkungsgrad.
Der Druckverlust auf der Kondensat/Fluidseite wird als Druckverlust an der Rohrinnenseite (DP34) spezifiziert.
Mit dem Schalter FAIRMODE können drei verschiedene Modi zur Berechnung des Luftdurchsatzes ausgewählt werden. Der Luftdurchsatz ist entweder direkt vorgegeben (M2 gegeben) oder indirekt spezifiziert über die gewünschte Luftaustrittstemperatur (T2 gegeben) bzw. durch die Grädigkeit zwischen Luftaustritt und dem eintretenden Strom/Kondensat auf der heißen Seite (Setze DT24).
Der Druckverlust ist proportional Re^-n, der Dichte und dem Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit
wobei
dp ... Druckverlust
Re ... Reynolds-Zahl
n ... Koeffizient
r ... Dichte
n ... Geschwindigkeit
Der Koeffizient n wird für die Kondensat/Fluid-Seite mit dem Parameter DP34EXP spezifiziert, bzw. mit dem Parameter DP62EXP auf der Luftseite. Er kann im Bereich 0 bis 2 gewählt werden.
Der Luftdurchsatz ist eine Funktion der Ventilatorgeschwindigkeit (proportional oder über Kennlinie) oder optional des Druckverlusts. Folgende Berechnungsmodi können über den Parameter FAIRFLOW eingestellt werden:
Die off-design Wirkungsgrade des Ventilators und des Motors können entweder direkt über die Parameter FANEFF und MOTOREFF gesetzt werden oder über die Kennlinien CFANEFF bzw. CMOTOREFF als Funktionen der Ventilatorgeschwindigkeit definiert werden. Als weitere Option kann der Benutzer die Wirkungsgrade als Kernel-Ausdrücke in den Eingabefeldern EFANEFF bzw. EMOTOREFF definieren.
Die Kühlleistung des Kondensators ist sowohl im Auslegungsfall als auch in der Betriebssimulation durch den Zustand und den Massenstrom des an Anschluss 3 eintretenden Dampfes bestimmt. Der gesamte Dampf wird kondensiert und der Austrittszustand entspricht jenem des Siedepunktes für den am Port 4 enstehenden Druck (d.h. keine Kondensatunterkühlung).
Der Wärmeübergang wird gemäß einem Kreuzstrom-Wärmetauscher mit einem einzigen Durchgang modelliert. Die Berechnung der Kapazität bzw. der notwendigen Größe beruht auf dem NTU-Konzept, siehe Lit. (1), (2) und (3).
Der Kondensatdruck wird direkt auf der Leitung an Anschluss 4 gesetzt, und es gilt die Gleichung P3 = P4 + DP34. Ein minimaler erlaubter Kondensatordruck kann mit dem Parameter PMIN definiert werden, und im Fall des Unterschreitens dieses Drucks wird nach der Simulation eine Warnung angezeigt.
Das Produkt des Wärmedurchgangskoeffizienten (K) und der Wärmeübertragungsfläche (A) ist eine Auslegungskenngröße für den Wärmeübergang: KA = K * A. Im Auslegungsfall mit der Methode FDESIGN = 0 (NBAYS setzen, Nominalwerte pro Zelle berechnen) kann der Benutzer entweder den Wärmedurchgangskoeffizienten K im Parameter OHTC (overall heat transfer coefficient) oder die Übertragungsfläche A im Parameter AREA festlegen. Bei Auslegungsmethode FDESIGN = 1 (Setze Nominalwerte pro Zelle, berechne NBAYSN) gilt KA = KAN * AREAN, und die Berechnung bestimmt die Anzahl der Zellen NBAYSN, um das Auslegungsziel zu erreichen. Um eine ganzzahlige Zahl für NBAYSN zu erzeugen, wird der nominelle Reinheitsgrad CLFN angepasst, was einer Designmarge oder einem Abnutzungsfaktor entspricht. Mit der Eingabe für den gewünschten Reinheitsgrad CLF kann der Benutzer erzwingen, dass der nominal Reinheitsgrad unter diesem Wert liegt, was bedeutet, dass NBAYSN so lange erhöht wird, bis CLFN kleiner gleich CLF ist. Im Off-Design-Modus wird immer CLFN angewendet.
Im Off-design ist der Kondensatdruck eine Funktion von
Der Benutzer kann entweder die Zahl der aktiven Zellen und die relative Ventilatorgeschwindigkeit (Wertebereich 0 bis 1) direkt festlegen oder einen von zwei Modi auswählen, um die Anzahl der aktiven Zellen oder die Ventilatorgeschwindigkeit bestimmen zu lassen, die den gewünschten Kondensatordruck so weit wie möglich anzunähern.
Diese Modi werden mit dem Schalter FBAYMODE definiert.
Die Änderung des Wärmedurchgangskoeffizienten K ist proportional zu Re^m. Es kann angenommen werden, dass der Wärmeübergangskoeffizient auf der Kondensatseite wesentlich größer als jener auf der Luftseite ist. Daher ist der luftseitige Wärmeübergangskoeffizient bestimmend für den Wärmedurchgangskoeffizienten.
wobei
K ... Wärmedurchgangskoeffizient
Re ... Reynolds-Zahl
m ... Koeffizient
hHT ... Wirkungsgrad des Wärmeübergangs
r ... Dichte
n ... Geschwindigkeit
Der Koeffizient m kann für die Luftseite im Parameter EXP12 im Wertebereich 0 bis 2 gewählt werden. Zusätzlich kann ein Wirkungsgrad des Wärmeübergangs im Parameter PFKA12 definiert werden bzw. über die Logik-Leitung an Anschluss 7 eingelesen werden. Weiters gibt es für diesen Parameter die Option die Kennlinie CPFM1M1N mit dem Parameter M1/M1N zu verwenden oder einen Kernel-Ausdruck im Eingabewert EPFKA12 zu definieren.
Im Berechnungsmodus für den Luftkühler is die Fluidtemperatur am Austritt nicht an den Austrittsdruck gekoppelt und muss daher definiert werden. In der Auslegungsmethode FDESIGN = 0 (Setze NBAYS, Nominalwerte pro Zelle berechnen) hat der Benutzer vier Optionen für die Definition der Austrittstemperatur am Anschluss 4, die im Schalter FCOOLING ausgewählt werden können.
Bei Auslegungsmethode FDESIGN = 1 (Nominalwerte pro Zelle setzen, NBAYSN berechnen) muss die Fluid-Austrittstemperatur am Anschluss 4 extern definiert werden, und die Berechnung bestimmt die zur Erreichung dieses Ziels notwendige Anzahl von Zellen. Um eine ganzzahlige Zahl für NBAYSN zu erzeugen, wird der nominelle Reinheitsgrad CLFN angepasst, was einer Designmarge oder einem Abnutzungsfaktor entspricht. Mit der Eingabe für den gewünschten Reinheitsgrad CLF kann der Benutzer erzwingen, dass der nominal Reinheitsgrad unter diesem Wert liegt, was bedeutet, dass NBAYSN so lange erhöht wird, bis CLFN kleiner gleich CLF ist. Im Off-Design-Modus wird immer CLFN angewendet.
Der Wärmeübergang wird gemäß einem Kreuzstrom-Wärmetauscher mit einem einzigen Durchgang modelliert. Die Berechnung der Kapazität bzw. der notwendigen Größe beruht auf dem NTU-Konzept, siehe Lit. (1), (2) und (3).
Wird im Schalter FSIZEKA die Methode der Berechnung der Fläche nach Vorgabe des Wärmedurchgangskoeffizienten gewählt, können - im Gegensatz zur Definition des Wärmedurchgangskoeffizienten für den LUKO - für den Luftkühler der luftseitige (HTC12) wie auch der fluidseitige Wärmeübergangskoeffizient als auch die Wärmeleitfähigkeit der Wand (LAMWALL) definiert werden. Zur Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten müssen zudem der Innendurchmesser der Rohre (DI), die Wandstärke (S_WALL) und das Flächenverhältnis von beripptem zu glattem Rohr (CFINS) spezifiziert werden.
Wird die Methode zur Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten nach Vorgabe der Fläche im Parameter AREA gewählt, wird der Ergebniswert HTC ausgegeben.
Der Benutzer kann entweder die Zahl der aktiven Zellen und die relative Ventilatorgeschwindigkeit (Wertebereich 0 bis 1) direkt festlegen oder einen von zwei Modi auswählen, um die Anzahl der aktiven Zellen oder die Ventilatorgeschwindigkeit bestimmen zu lassen, sodass sich die gewünschte Austrittstemperatur auf der heißen Seite so genau wie möglich einstellt..
Diese Berechnungsmethoden werden im Schalter FBAYMODE ausgewählt:
Analog zum oben beschriebenen luftgekühlten Kondensator ist die Änderung des Wärmedurchgangskoeffizienten proportional zu Re^m. Es kann angenommen werden, dass der Wärmeübergang auf der Fluidseite um den Faktor 10 höher ist als auf der Luftseite.
Der Koeffizient m kann für die Luftseite im Parameter EXP12 im Wertebereich 0 bis 2 gewählt werden. Zusätzlich kann ein Wirkungsgrad des Wärmeübergangs im Parameter PFKA12 definiert werden bzw. über die Logik-Leitung an Anschluss 7 eingelesen werden. Weiters gibt es für diesen Parameter die Option die Kennlinie CPFM1M1N mit dem Parameter M1/M1N zu verwenden oder einen Kernel-Ausdruck im Eingabewert EPFKA12 zu definieren.
Fluidseitig wird der Wirkungsgrad des Wärmeübergangs mit dem, Parameter PFKA34 spezifiziert, der auch über die Kennlinie CPFM3M3N als Funktion des Massenstromverhältnisses M3/M3N spezifiziert werden kann oder als Kernel-Ausdruck EPFKA34 vorgegeben werden kann.
Die Werte beider Performanzfaktoren sind minimal 0.01 und können mehr als 1 betragen.
Darstellungsformen:
Luftkondensator: Statt gegenüber können Dampf und Kondensat auch auf derselben Seite dargestellt werden (siehe Bauteilformen)
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FMODE |
Berechnungsmodus (Auslegung /Teillast) =0: wie global eingestellt =1: lokale Teillast (d.h. immer Teillast-Modus, auch wenn global eine Auslegungsrechnung durchgeführt wird) =-1: lokale Auslegung (d.h. immer Auslegungs-Modus, auch wenn global eine Teillastrechnung durchgeführt wird) |
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FTYPE |
Berechnungsmodus Apparatetyp =0: Kondensator =1: Kühler |
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FAIRPATH |
Berechnungsmodus Ventilatorposition =0: Drückender Ventilator =1: Saugender Ventilator |
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FDESIGN |
Auslegungsmethode =0: NBAYS setzen, Nominalwerte pro Zelle berechnen =1: Nominalwerte pro Zelle setzen, NBAYSN berechnen (d.h. individuelle Zelle wird in lokaler Teillast berechnet, die Anzahl der notwendigen Zellen zur Erreichung des Zieldrucks/der Zieltemperatur wird bestimmt) |
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NBAYS |
Anzahl der aktiven Zellen |
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FAIRMODE |
Berechnungsmodus zur Auslegung der Kühlluftmenge =0: Setze DT24 (T4-T2) =1: T2 gegeben =2: M2 gegeben |
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FCOOLING |
Berechnungsmodus zur Auslegung des Kühlers =0: Setze DT14 (T4-T1) =1: T4 gegeben =2: Q34 gegeben =3: Setze Effektivität |
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DT24 |
T4 – T2 |
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DT14 |
T4 – T1 |
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Q34 |
Kühlleistung Q34 |
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EFF |
Gewünschte Effektivität |
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CLF |
Gewünschter Reinheitsgrad |
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FSIZEKA |
Auslegungsmodus für die Wärmeübertragung =0: Setze Wärmedurchgangskoeffizienten =1: Setze Wärmeübertragungsfläche |
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AREA |
Äußere Wärmeübertragungsfläche |
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OHTC |
Wärmedurchgangskoeffizient |
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HTC12 |
Luftseitiger Wärmeübergangskoeffizient (außen) |
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HTC34 |
Fluidseitiger Wärmeübergangskoeffizient (innen) |
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S_WALL |
Wandstärke |
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LAMWALL |
Wärmeleitfähigkeit der Wand |
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DI |
Rohrinnendurchmesser |
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CFINS |
Flächenverhältnis beripptes zu glattem Rohr |
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FDPMODE |
Berechnungsmodus für den luftseitigen Druckverlust =0: Setze DP Ventilator =1: Setze elektrische Ventilatorleistung |
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DPFAN |
Ventilatordruckanstieg |
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FANPOWER |
Elektrische Ventilatorleistung |
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DP34 |
Druckverlust Rohrinnenseite (P3 – P4) |
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FBAYMODE |
Off-Design Zellenmodus =0: Setze Zellenzahl und Ventilatorgeschwindigkeit =1: Setze Ventilatorgeschwindigkeit und Kondensatordruck / Kühlertemperatur. Die Anzahl der erforderlichen Zellen wird berechnet. =2: Setze Zellenzahl und Kondensatordruck / Kühlertemperatur. Die erforderliche relative Ventilatorgeschwindigkeit wird berechnet. |
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FPRESSURE |
Kondensatordruckmethode =0: Verwende Eingabewert TARGETPRESSURE =1: Lies Wert für Druck (P) von Logikleitung an Anschluss 7 |
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TARGETPRESSURE |
Off-design Kondensatordruck |
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TARGETTEMPERATURE |
Off-design Kühlertemperatur |
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FFANSPEED |
Ventilatorgeschwindigkeitsmethode =0: Verwende Eingabewert TARGETTEMPERATURE =1: Lies Wert für Massenstrom (M) von Logikleitung an Anschluss 7 |
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FANSPEED |
Ventilatorgeschwindigkeit |
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FPMIN |
Methode zur Definition des minimalen Kondensatordrucks =0: Verwende Eingabewert PMIN =1: Verwende Ausdruck EPMIN |
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PMIN |
minimaler Kondensatordruck |
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EPMIN |
Kernel-Ausdruck für PMIN |
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FANSPEED_LO |
Untere Schaltschwelle für Ventilatorgeschwindigkeit |
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FANSPEED_HI |
Obere Schaltschwelle für Ventilatorgeschwindigkeit |
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EXP12 |
Off-design Exponent für HTC12 |
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EXP34 |
Off-design Exponent für HTC34 |
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DP62EXP |
Off-design Exponent für DP62 |
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DP34EXP |
Off-design Exponent für DP34 |
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FAIRFLOW |
Off-design Berechnungsmodus für Ventilator =0: Volumenstrom proportional der Ventilatorgeschwindigkeit =1: Kennlinie rel. Ventilatorgeschwindigkeit vs. rel. Volumentrom (CFANFLOW) =2: Kennlinie rel. Volumentrom vs. rel. DP (CFANCURVE) =3: Ausdruck rel. Volumentrom (ERELVOLFLOW) |
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ERELVOLFLOW |
Kernel-Ausdruck für relativen Volumenstrom |
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FFANEFF |
Off-design Ventilatorwirkungsgradmethode =0: Eingabewert FANEFF verwenden =1: Kennlinie FANEFF=FANEFFN*FN(FANSPEED) (CFANEFF) =2: Ausdruck FANEFF=FANEFFN*EFANEFF |
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FANEFF |
Gewünschter Ventilatorwirkungsgrad |
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EFANEFF |
Kernel-Ausdruck für rel. Ventilatorwirkungsgrad |
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FMOTOREFF |
Berechnungsmethode für Motorwirkungsgrad in Teillast =0: Verwende Eingabewert MOTOREFF =1: Kennlinie: MOTOREFF=MOTOREFFN*FN(RelPower)/FN(RelPower=1) (CMOTOREFF) =2: Kernel-Ausdruck: MOTOREFF=MOTOREFFN*EMOTOREFF |
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MOTOREFF |
Gewünschter Motorwirkungsgrad |
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EMOTOREFF |
Ausdruck für rel. Motorwirkungsgrad |
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FPFKA12 |
Berechnungsmodus für Off-design Performanzfaktor PFKA12 (luftseitig) =0: Eingabewert PFKA12 verwenden =1: Lies Wert für Enthalpie von Logik-Leitung an Anschluss 7 =2: Kennlinie PFKA12 = f(M1/M1N) (CPFM1M1N) =3: Ausdruck: PFKA12 = EPFKA12 |
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PFKA12 |
Off-design Performanzfaktor luftseitiger Wärmeübergang PFKA12 |
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EPFKA12 |
Kernel-Ausdruck für PFKA12 |
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FPFKA34 |
Berechnungsmodus für Off-design Performanzfaktor PFKA34 (fluidseitig) =0: Eingabewert PFKA34 verwenden =2: Kennlinie PFKA34 = f(M3/M3N) (CPFM3M3N) =3: Ausdruck: PFKA34 = EPFKA34 |
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PFKA34 |
Off-design Performanzfaktor fluidseitigerWärmeübergang PFKA34 |
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EPFKA34 |
Kernel-Ausdruck für PFKA34 |
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NBAYSN |
Nominale Zellenzahl |
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KAN |
Nominales K*A pro Zelle, Wärmeübertragungsfähigkeit einer Zelle im Auslegungspunkt |
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AREAN |
Nominale äußere Fläche pro Zelle |
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M1N |
Nominaler Luftstrom pro Zelle |
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RHO1N |
Nominale Luftdichte |
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RHO1FN |
Nominale Luftdichte nach Ventilator |
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P3N |
Nominaler fluidseitiger Eintrittsdruck |
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H3N |
Nominale fluidseitige Enthalpie |
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M3N |
Nominaler fluidseitiger Massenstrom pro Zelle |
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HTC12N |
Nominaler luftseitiger Wärmeübergangskoeffizient |
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HTC34N |
Nominaler fluidseitiger Wärmeübergangskoeffizient |
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RWALLN |
Nominaler Wandwiderstand |
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AOFAIN |
Nominales Flächenverhältnis Ao/Ai (äußere Oberfläche zu innerer Oberfläche) |
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AOFAMN |
Nominales Flächenverhältnis Ao/Am (äußere Oberfläche zu mittlerer Oberfläche) |
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DP62N |
Nominaler luftseitiger Druckverlust |
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DP34N |
Nominaler fluidseitiger Druckverlust |
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FANEFFN |
Nominaler Ventilatorwirkungsgrad |
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MOTOREFFN |
Nominaler Motorwirkungsgrad |
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SHAFTPOWERN |
Nominale Wellenleistung pro Zelle |
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CLFN |
Reinheitsgrad (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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Kennlinie 1 |
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R_FANEFF = f (relative FANSPEED) |
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Kennlinie 2 |
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V1/V1N = f (FANSPEED) |
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Kennlinie 3 |
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DP62/DP62N = f (V1/V1N) |
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Kennlinie 4 |
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R_MOTOREFF = f (QSHAFT/QSHAFTN) |
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Kennlinie 5 |
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PFKA12 = f (M1/M1N) |
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Kennlinie 6 |
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PFKA34 = f (M3/M3N) |
| Kennlinie 7 Name: CWINDKORR Titel: Einfluss des Winds auf den Luftstrom Beschreibung: Performanzfaktor in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit |
| PFVM1 = f (VWIND) X-Achse Windgeschwindigkeit Y-Achse Performanzfaktor |
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Form 1 |
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Form 2 |
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Form 3 |
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Hier klicken >> Bauteil 127 Demo << um ein Beispiel zu laden.
