Bauteil 13: Rohrleitungen

In diesem Thema

Bauteil 13: Rohrleitung

Vorgaben

Leitungsanschlüsse
1	Eintritt
2	Austritt
3	Regeleingang für Druckabfall (als P)

Allgemeines Vorgabewerte Verwendete Physik Bauteilform Beispiel

Allgemeines

Wenn man in Ebsilon zwei Komponenten durch eine Leitung verbindet, bedeutet dies, dass Massenstrom, Druck und Enthalpie am Austritt der einen Komponente gleich
den Werten am Eintritt der anderen Komponente sind. Dies entspricht einer idealen Leitung ohne jegliche Verluste.

In einer realen Leitung wird es allerdings Druck- und Wärmeverluste geben. Um diese Verluste in der Schaltung berücksichtigen zu können, wurde dieses Bauteil „Rohrleitung“ (13) entwickelt. Hierzu ist die Verbindungsleitung zwischen den beiden Komponenten wieder aufzuschneiden und ein Bauteil 13 einzusetzen.

Standardmäßig erfolgt die Auslegung der Rohrleitung phänomenologisch, d.h. es wird im Auslegungsfall eingetragen, wieviel Wärme verloren geht und wie hoch der
Druckverlust ist. In Teillast-Rechnungen werden dann die Verluste entsprechend skaliert.

Alternativ kann Ebsilon aber auch den Druckverlust berechnen, wenn man die Geometrie der Rohrleitung vorgibt.

Zur Definition des Wärmeverlusts der Leitung kann alternativ auch ein Temperatur- oder ein Enthalpie-Abfall spezifiziert werden. Auch in Hinblick auf das Teillastverhalten
gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Einzelheiten sind beim Schalter FDN beschrieben.

Die Umschaltung zwischen phänomenologischer und geometrischer Druckverlustberechnung bei der Auslegung der Rohrleitung erfolgt über einen Schalter FDP. Als dritte
Alternative wird hierbei auch angeboten, im Bauteil keine Druckverlustberechnung vorzunehmen, sondern den Austrittsdruck extern auf der Leitung zu setzen.

Bei geometrischer Druckverlustberechnung sind vorzugeben

• die Länge der Rohrleitung (LENGTH)
• der Innendurchmesser der Rohrleitung (DINNER)
• die Sandrauhigkeit der Rohrwand (KS)
• der Koeffizient für einen eventuellen zusätzlichen Druckverlust (ZETA)

Sowohl für einphasige als auch für zweiphasige Strömungen sind die entsprechenden Algorithmen hinterlegt. Der Berechnungsgang ist beim Bauteil 113 (Solarkollektor)
im Kapitel „Druckverlust“ ausführlich beschrieben.
Da bei der geometrischen Druckverlustberechnung auch die Strömungsgeschwindigkeit ermittelt (und als Ergebniswert ausgegeben) wird, kann die Einhaltung der im
Vorgabewert WMAX festgelegten maximalen Strömungsgeschwindigkeit überprüft werden. Bei Überschreitung wird eine Warnung ausgegeben.

Bei phänomenologischer Druckverlustberechnung ist im Auslegungsfall der Vorgabewert DP12RN vorzugeben. In Abhängigkeit vom Schalter FDP12RN handelt es sich
dabei um

• den absoluten Druckabfall (=P1-P2) bei FDP12RN=1
• den relativen Druckabfall (=(P1-P2)/P1) bei FDP12RN=2, 3 oder 4

Die Varianten FDP12RN=2, 3 oder 4 unterscheiden sich lediglich in ihrem Teillastverhalten. Details sind beim Schalter FDP12RN beschrieben.

Der Schalter FVALDP ermöglicht es, statt des Vorgabewerts DP12RN eine Pseudomessstelle auf einer Hilfsleitung (FVALDP=1) oder den Regeleingang (Anschluss 3) des
Bauteils (FVALDP=2) zu verwenden. Bei FVALDP=2 ist an den Eingang 3 eine Logikleitung anzuschließen und auf dieser der gewünschte Druckabfall als Druck vorzugeben.

Für die Teillastberechnung besteht nochmals die Wahl zwischen geometrischer und phänomenologischer Rechnung, d.h. man kann auch bei geometrischer Auslegung die phänomenologischen Teillastgesetze verwenden. Der umgekehrte Fall (geometrische Teillastberechnung bei phänomenologischer Auslegung) ist zwar auch möglich, dürfte
aber in der Praxis keine Bedeutung haben. Die Steuerung des Teillastverhaltens erfolgt über den Schalter FVOL.

Falls ein Anpassungspolynom oder eine Kernelexpression als Korrektur für den Druckverlust verwendet wird (FADAPT=-2 oder 2), wird in Teillast der berechnete Druckverlust noch mit dem Ergebnis des Polynoms bzw. der Kernelexpression multipliziert.

Um eine Druckdifferenz aufgrund einer geodätischen Höhendifferenz zu berücksichtigen, ist diese
als Vorgabewert GH einzutragen. Die daraus ermittelte Druckdifferenz wird in jedem Lastfall zusätzlich berücksichtigt und als Ergebniswert ausgegeben.

Bisher wurde für die Berechnung der Druckdifferenz aufgrund der geodätischen Höhe stets das arithmetische Mittel des spezifischen Volumens V1 am Eintritt und V2 am Austritt verwendet. Jetzt besteht die Möglichkeit, wahlweise auch V1 oder V2 zu verwenden. Die Umschaltung erfolgt mit dem neuen Schalter FVOLGH.

Wenn man den Mittelwert verwendet und sich das spezifische Volumen am Austritt um einen Faktor 2 oder mehr von dem am Eintritt unterscheidet, wird jetzt eine Warnung ausgegeben.

Konvergenztuning (DPDPNMAX):

Zur Verbesserung der Konvergenz kann der Druckabfall bei den Bauteilen 2 (Drossel) und 13 (Rohrleitung) auf das Doppelte bis Zehnfache des Nominalwertes begrenzt werden - auch während der Iteration. Dazu wird der Teillastfaktor DPDPN (s. u.) herangezogen.

Die Grenze ist über einen Vorgabewert DPDPNMAX einstellbar (dieser Parameter konnte ursprünglich eine beliebige Zahl sein).

DPDPNMAX=1 bedeutet, dass der Druckabfall DP in Teillast maximal so groß sein darf wie DP im Design-Fall (Nominaldruckabfall DPDPN=1).
DPDPNMAX=2: Strenge Begrenzung (der Druckabfall DP wird auf das Doppelte des Nominaldruckabfalls begrenzt)
DPDPNMAX=10: Moderate Begrenzung (der Druckabfall DP wird auf das 10-fache des Nominaldruckabfalls begrenzt)
DPDPNMAX=-1: Keine Begrenzung

Wenn diese Begrenzung bis zum Ende der Iteration bestehen bleibt, ist das Bauteil offensichtlich im falschen Lastpunkt ausgelegt worden. In diesem Fall wird eine Warnung ausgegeben. Zur Verbesserung der Konvergenz kann der Druckabfall beim Bauteil 13 (Rohrleitung) durch DPDPNMAX auf das Doppelte bis Zehnfache des Nominalwertes begrenzt werden.

Überschreitet der berechnete Druckabfall das DPDPNMAX-fache des Nominalwertes, wird er auf diesen Wert begrenzt und es erfolgt eine Warnung. Um diese zu vermeiden, sollte ein anderer Auslegungspunkt für das Bauteil gewählt werden.

Schalter FERRP :

In Release 12 und davor war es bei diesem Bauteil möglich, einen negativen Druckverlust vorzugeben oder – im Modus P2-Vorgabe – den Austrittsdruck höher als den Eintrittsdruck vorzugeben, ohne das eine Fehlermeldung generiert wurde.
Dadurch konnten diese Bauteile auch in speziellen logischen Konstruktionen verwendet werden. Da beim üblichen Gebrauch der Bauteile dies jedoch physikalisch nicht möglich ist, wurde ein Schalter FERRP implementiert, mit dem eingestellt werden kann, ob in diesem Fall ein Fehler, eine Warnung, ein Kommentar oder nichts ausgegeben werden soll.

Die Standardeinstellung für FERRP ist Warnung, so dass alte Schaltungen weiterhin ohne Fehlermeldung rechnen. Der Anwender kann dann im Einzelfall entscheiden, ob er diese Warnung entfernen möchte, oder ob tatsächlich ein Fehler vorliegt.

Enthalpiebegrenzung:

Bei diesem Bauteil gibt es die Möglichkeit, einen Mindestwert H2MIN für die Enthalpie vorzugeben, um ein Abdriften der Enthalpie während der Iteration zu verhindern. Insbesondere bei Vorgabe eines konstanten Leistungsverlusts trat häufig der Fall auf, dass zu Beginn der Iteration bei kleinen Massenströmen die Enthalpie oft bis in den Bereich negativer Werte oder auch über die Phasengrenze hinweg abgesenkt wurde. Dies kann durch Vorgabe einer Mindestenthalpie vermieden werden.

Einstellmöglichkeiten für geometrische Druckverlustberechnung:

Bei der geometrischen Berechnung von Druckverlusten (FDP=1) wurde die Berechnung mit den Werten von Massenstrom, Druck und Enthalpie am Eintritt in das Bauteil aufgerufen. Die Berechnung wird jedoch genauer, wenn man den Mittelwert aus Eintritts- und Austrittsbedingungen verwendet.

Dies kann über einen Schalter FDPBASE eingestellt werden:

• FDPBASE =0: Berechnung mit Mittelwert aus Eintritts- und Austrittsbedingungen. Dies ist die Standardeinstellung beim Einfügen eines neuen Bauteils.

• FDPBASE =1: Berechnung nur mit den Eintrittsbedingungen. Diese Einstellung wird beim Laden einer vor Release 13 erstellten Schaltung verwendet, damit die Ergebnisse gleich
bleiben. Sie kann auch verwendet werden, falls es mit FDP2PH=0 Konvergenzschwierigkeiten geben sollte.

Hinweis: die Solarbauteile (113-115) haben schon die Berechnung mit dem Mittelwert aus Eintritts- und Austrittsbedingungen verwendet.

Logikeingang (Anschluss 3) zur Steuerung von Komponenteneigenschaften

(siehe dazu auch : Objekte bearbeiten --> Anschlüsse)

Um Komponenteneigenschaften wie Wirkungsgrade oder Wärmeübergangskoeffizienten (Variationsgröße) von außen zugänglich zu machen (für Regelung oder Validierung),
ist es möglich, den entsprechenden Wert als indizierten Messwert (Vorgabewert FIND) auf einer Hilfsleitung zu platzieren. Im Bauteil muss dann derselbe
Index als Vorgabewert IPS eingetragen werden.

Es besteht auch die Möglichkeit, diesen Wert auf einer Logikleitung zu platzieren, die direkt an das Bauteil angeschlossen ist (siehe dazu FVALDP=2, Variationsgröße: DP12RN,
Dimension: Druck).

Der Vorteil besteht darin, dass die Zuordnung nun grafisch sichtbar ist und dadurch Fehler (zum Beispiel beim Kopieren) vermieden werden.

Die Aktivierung dieser Logikleitung kann auch vom Berechnungsmodus abhängig gemacht werden. Dadurch kann dieses Feature auch für Auslegungen verwendet werden, ohne dass ständig manuell umgeschaltet werden muss. Hierfür gibt es beim Schalter FVALDP diese Einstellungen

FVALDP=4: im Design-Modus Logikleitung verwenden, im Off-Design Vorgabewert
FVALDP=5: im Design-Modus Vorgabewert verwenden, im Off-Design Logikleitung.

Konstanter Temperaturverlust

Die Einstellmöglichkeiten für thermische Verluste wurde um einen Modus „Konstanter Temperaturverlust“ (FDN=7) erweitert. Im Gegensatz zu FDN=2 wird hierbei in Teillast keine
Skalierung des Temperaturverlusts vorgenommen. Eine Korrektur durch Anpassungspolynom/Kernelexpression ist allerdings auch hier möglich.

Wärmeverlust aus Geometrie

Mit der Einstellung FDN=8 besteht die Möglichkeit, den Wärmeverlust in der Rohrleitung aus geometrischen Daten berechnen zu lassen.
Hierzu sind folgende Angaben erforderlich:

LENGTH (Länge der Rohrleitung)
DINNER (Innendurchmesser des Rohres)
THPIPE (Wandstärke des Rohres)
THISO (Stärke der Isolierung, darf auch 0 sein)
ALPHI (Wärmeübergangskoeffizient vom Fluid zur Rohrwand)
FALPHO (Ermittlung von alpha außen )
ALPHO (Wärmeübergangskoeffizient von der Rohrwand zur Isolierung)
LAMISO (Wärmeleitfähigkeit der Isolierung)

Auf die Vorgabe der Wärmeleitfähigkeit des Rohres ist verzichtet, da angenommen wird, dass diese so hoch ist, dass der Wärmestrom nach außen dadurch nicht beeinflusst wird
(für ein nicht isoliertes Rohr wird der Wärmeverlust also allein durch die Wärmeübergangskoeffizienten bestimmt).
Ebenfalls erforderlich ist eine Vorgabe der Umgebungstemperatur.

Diese kann entweder

in einem zentralen Bauteil vorgegeben werden. Hierzu dient das in den Solarschaltungen verwendete Bauteil 117 („Sonne“).
oder
als Vorgabewert TAMB in der Rohrleitung vorgegeben werden. Da Ebsilon die Möglichkeit bietet, anstelle eines Wertes auch Ausdrücke einzutragen,
kann hier auch ein Verweis zu einer Messstelle eingetragen werden.

Berechnung des Wärmeverlusts aus der Geometrie (FDN=8) mit dem Vorgabewert ALPHO:

Wie bisher besteht die Möglichkeit für die Berechnung des Wärmeverlusts aus der Geometrie den äußeren Wärmekoeffizienten mit dem Vorgabewert
ALPHO zu berechnen:

DQ = (TAV-TAMB) /
                   ( 1/(ALPHI*A_IN) +
                     1/(ALPHO*A_OUT) +
                     (1/(2*PI* LENGTH * LAMISO)) * LN(D_TOT/D_OUT) )

mit TAV=0.5*(T1+T2) (Durchschnittstemperatur),.

DOUT=DINNER+2*THPIPE (Rohr-Außendurchmesser),

A_IN=PI* LENGTH *DINNER (Rohr-Innenfläche),

A_OUT=PI* LENGTH *DOUT (Rohr-Außenfläche),

D_TOT=DINNER+2*(THPIPE+THISO) (Gesamt-Durchmesser (Rohr und Isolierung))

Der Wärmeverlust wird dabei so begrenzt, dass die Austrittstemperatur nicht unter die Umgebungstemperatur fallen kann. Wenn die Eintrittstemperatur schon kleiner als die Umgebungstemperatur ist, wird der Wärmeverlust auf 0 gesetzt.

Berechnung des Wärmeverlusts aus der Geometrie (FDN=8) mit einem Wert gemäß VDI 2055:

Für die Berechnung des Wärmeverlusts gibt es ab Release 15 auch die Möglichkeit den äußeren Wärmekoeffizienten mit einem Wert gemäß VDI 2055 in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur und der Windgeschwindigkeit berechnen zu lassen.

Zu beachten ist, dass es bei diesem Bauteil (anders als bei Bauteil 118) keine Berechnung des Temperaturgradienten in der Rohrwand gibt. Die in die Formeln für VDI 2055 eingehende äußere Wandtemperatur wird deshalb hier mit der Fluidtemperatur gleichgesetzt.

Der äußere Wärmeübergangskoeffizient α_k ergibt sich aus dem Wärmeübergangskoeffizienten α_k,free der freien Konvektion bei Windstille und dem Wärmeübergangskoeffizienten α_k,forc der erzwungenen Konvektion gemäß

α_k = (α_k,free⁴ + α_k,forc⁴)^1/4

Für die freie Konvektion gilt bei laminarer Luftströmung

α_k,free = 1.22 * (ΔT / d_out)^1/4 (in W/(m²K))

mit der Temperaturdifferenz

ΔT = T_av – T_amb = 0.5 * (T2+T1) - T_amb(in K)

und dem Außendurchmesser der Dämmung

d_out = DINNER + 2 * THPIPE + 2 * THISO (in m)

Bei turbulenter Luftströmung gilt

α_k,free = 1.21 * (ΔT)^1/3 (in W/(m²K))

Turbulente Strömung tritt ein, wenn

crit_free = d_out ³ * ΔT > 1 m³K wird.

Die erzwungene Konvektion ist von der Windgeschwindigkeit v_wind abhängig. Als Kriterium für den Umschlag von laminar in turbulent gilt hier, wenn

crit_forc = d_out ³ * v_wind > 0.00855 m²/s wird.

Bei laminarer Strömung gilt für die erzwungene Konvektion

α_k,forc = 0.0081 / d_out + 3.14 * (v_wind/ d_out)^1/2 (in W/(m²K))

und bei turbulenter Strömung

α_k,forc = 2* v_wind + 3 * (v_wind/ d_out)^1/2 (in W/(m²K))

Die Werte für die Kriterien, die Beiträge der freien und der erzwungenen Konvektion zum äußeren Wärmeübergangskoeffizienten sowie der berechnete Wärmeübergangskoeffizient werden als Ergebniswerte angezeigt.

Umgebungstemperatur und Windgeschwindigkeit können dabei wahlweise im Bauteil vorgegeben werden oder von einem Sonnen- bzw. Winddatenbauteil mit entsprechendem Index ISUN bzw. IWDATA gelesen werden. Dies wird über die Schalter FSTAMB bzw. FSVWIND eingestellt.

Das Bauteil 13 kann auch für mechanische Wellen und Elektroleitungen verwendet werden, um mechanische bzw. elektrische Leistungsverluste abzubilden, z.B. zur
Modellierung eines Getriebes. Die Vorgabe des Verlusts kann als Leistungs- oder Enthalpieverlust erfolgen. Druck- und Temperaturverluste sind in diesem Fall sinnlos und
führen zu einer Fehlermeldung.

Elektrischer Widerstand (Elektroleitungen)

Auf Elektroleitungen kann dieses Bauteil auch als elektrischer Widerstand verwendet werden. Dazu ist FDN=9 einzustellen.
Es besteht dann die Möglichkeit der Vorgabe

eines Ohm‘schen Widerstands R,
einer Kapazität C
und
einer Induktivität L.

Daraus wird dann ein komplexer Wechselstromwiderstand (Impedanz) ermittelt zu

Z = R + j*(ω*L – 1/(ω*C)) (j=imaginäre Einheit)

= |Z| * e ^j^*Δφ

mit dem Scheinwiderstand |Z| und dem Phasenverschiebungswinkel Δφ.

Unter der Annahme, dass der Strom I(t)=I₀*e ^j^ωt konstant bleibt, ergibt sich die Spannung hinter dem Widerstand zu

U₂(t) = U₁(t) - Z * I(t) = U₁*e ^j(^ωt+^φ₁^{) -} Z * I₀*e ^j^ωt

wobei φ ₁ die Phase auf der Eingangsleitung ist, mit der die Spannung dem Strom vorauseilt. Da andererseits

U₂(t) = U₂*e ^j(^ωt+^φ₂⁾

gelten soll, kann man daraus die Amplitude U₂ und die Phase φ₂ der Spannung auf der Austrittsleitung berechnen:

U₂ = sqrt ((U₁*cos(φ₁)-|Z|*I₀*cos(Δφ))² + (U₁*sin(φ₁)-|Z|*I₀*sin(Δφ))²)

φ₂ = arctan ((U₁*sin(φ₁)-|Z|*I₀*sin(Δφ))/ (U₁*cos(φ₁)-|Z|*I₀*cos(Δφ)))

Die elektrische Leistung (Wirkleistung) auf der Ausgangsleitung ergibt sich dann zu

Q₂ = U₂ * I * cos(φ₂)

Phasenberechnung (Elektroleitungen) :

Bei Verwendung des Bauteils als elektrischen Widerstand (FDN=9) auf Elektroleitungen wird dieses Bauteil auch verwendet, um Informationen entlang eines Strangs zu sammeln: Widerstände werden entgegen der Strömungsrichtung aufaddiert, die (komplexe) Stromstärke entlang der Strömungsrichtung durchgegeben.

Da auch die Änderung der Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung berechnet wird, sind sowohl für den Strom als auch für die Spannung alle Phaseninformationen verfügbar.

Hinweis :
Aus Kompatibilitätsgründen kann Bauteil 13 auf Elektroleitungen auch weiterhin mit den Modi FDN=1, 4 oder 7 betrieben werden, um einen Leistungsverlust (gemäß Vorgabewert DN)
zu modellieren. Da dort lediglich die Enthalpie abgesenkt wird, führt dies zu nicht plausiblen Werten für Stromstärke, Spannung und Phase. Die berechnete Leistung ist
jedoch nach wie vor korrekt.

Hinweis zur Konvertierung alter Schaltungen:
In früheren Ebsilon-Versionen gab es auch schon die Möglichkeit, die Druckverlustberechnung auszuschalten (P2-Vorgabe). Dieser Modus war
allerdings bei FDP12RN untergebracht, obwohl es inhaltlich nicht so dazu passte (FDP12RN gibt an, ob DP12RN absolut oder
relativ zu interpretieren ist). Deshalb wurde die Funktionalität P2-Vorgabe auf die Ebene von FDP verlegt.
Beim Laden alter Schaltungen könnte man prinzipiell FDP12RN=-1 automatisch auf FDP=-1 umsetzen. Allerdings gibt es dann
Probleme, wenn in Skripten FDP12RN verwendet wird, um die Druckvorgabe umzuschalten. Deshalb wurde auf die automatische
Konvertierung verzichtet und der Rechenkern so implementiert, dass auch mit FDP12RN=-1 gerechnet werden kann,
auch wenn diese Variante nicht mehr in der Auswahlbox angezeigt wird. Der Anwender wird jedoch durch einen Kommentar darauf
aufmerksam gemacht und kann die Flags dann bei Bedarf umstellen.

Vorgabewerte

FMODE	Berechnungsmodus (Auslegung /Teillast) Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: GLOBAL (Auslegung) =1: Lokale Teillast = -1: Lokale Auslegung
FDN	Schalter zur Definition der Auslegungswärmeverluste: Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck = 1: Vorgabe als konstanter Wärmeverlust (FDN=1): Der Wärmeverlust der Leitung wird für alle Lastfälle im Spezifikationswert DN vorgegeben, es erfolgt keine Skalierung mit dem Massenstrom. Bei kleinen Massenströmen können sich dadurch sehr große Abkühlungen ergeben, die unter Umständen zu Fehlern führen können. Ein Wärmeverlust kann auch im Nassdampfgebiet verwendet werden. Er führt dann zu einer entsprechenden Verringerung des Dampfgehalts. = 2: Vorgabe als Temperaturverlust ohne Phasenübergang (FDN=2): skaliert mit ((M1/M1N)^2) Im Auslegungsfall wird der Temperaturverlust im Spezifikationswert DN vorgegeben, im Teillastmodus wird dieser mit dem Lastfaktor quadratisch skaliert: DT = (M1/M1N)^2 * DTN Sollte sich durch diesen Temperaturverlust jedoch ein Phasenwechsel ergeben, wird der Temperaturverlust soweit reduziert, dass man auf der Phasengrenze landet. Falls am Eintritt überhitzter Dampf vorhanden war, ist der Austrittszustand Sattdampf. Da im Bauteil auch ein Druckverlust angegeben werden kann, kann auch ein Temperaturverlust aufgrund der Drosselung auftreten. Es wird jedoch stets nur einer der beiden Temperaturverluste verwendet, nämlich der größere der beiden. Falls es erwünscht ist, beide Verluste zu berücksichtigen, muss der Druckverlust in einem separaten Bauteil davor oder dahinter modelliert werden. = 4: Vorgabe als Enthalpieverlust (FDN=4): Der Enthalpieverlust der Leitung wird für alle Lastfälle im Spezifikationswert DN vorgegeben, es erfolgt keine Teillast-Skalierung mit dem Massenstrom. Dieser Modus kann auch im Nassdampfgebiet verwendet werden. = 5: Enthalpie (Nassdampf auf Sattwasser am Austritt) (FDN=5): Es wird angenommen, dass der Verlust so hoch ist, dass man sich am Austritt genau auf der Sattwasserlinie befindet. Der Spezifikationswert DN spielt in diesem Fall keine Rolle. = 6: Relativer Wärme- bzw. Leistungsverlust (FDN=6): Das Flag FDN ermöglicht auch die Vorgabe eines relativen Wärme- bzw. Leistungsverlusts. = 7: DN = konstanter Temperaturverlust (keine Teillast-Skalierung) = 8: Wärmeverlust berechnet aus Geometrie = 9: Spannungsabfall berechnet aus R, C und L (nur Elektroleitungen) = -2: Temperaturvorgabe am Austritt T2, (FDN=-2). Es wird angenommen, dass der Verlust so hoch ist, dass sich am Austritt eine bestimmte Temperatur einstellt. Diese wird nicht im Bauteil, sondern extern (z.B. über eine Messstelle) spezifiziert. Der Spezifikationswert DN spielt in diesem Fall keine Rolle. Die in früheren Ebsilon-Versionen angebotene Möglichkeit eines Temperaturverlusts, ohne Rücksicht auf einen eventuell vorhandenen Phasenwechsel (FDN=3) wird nicht mehr angeboten, da hierbei ein hohes Risiko für eine fehlerhafte Modellierung besteht. Alte Schaltungen, die diesen Modus verwendet haben, rechnen jedoch auch weiterhin.
DN	Thermischer Verlust gemäß FDN (nominal)
FDP	Methode für Druckverlustberechnung (Schalter zur Umschaltung zwischen phänomenologischer und geometrischer Auslegung) Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: phänomenologische Vorgabe des Druckverlusts in DP12RN =1: geometrische Berechnung des Druckverlusts im Auslegungsfall aus LENGTH, DINNER, ZS und ZETA (Teillast gemäß FVOl) =-1: keine Berechnung des Druckverlustes (P2 von außen gegeben)
FDP12RN	Schalter zur Interpretation von DP12RN als absoluten oder relativen Druckverlust: Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =1: DP12RN wird als absoluter Druckverlust im Auslegungsfall und als absoluter Referenzdruckverlust für Teillastberechnungen verwendet: DP12N=DP12RN. Der Teillast-Druckverlust ergibt sich gemäß Bernoulli-Gesetz zu DP12= DP12N(M1/M1N)^2V1/V1N=DP12RN(M1/M1N)^2V1/V1N . Dies ist die physikalisch sinnvollste Variante. =2: DP12RN wird in allen Lastfällen als Faktor verwendet, mit dem der aktuelle Eintrittsdruck multipliziert wird, um den Druckverlust im Auslegungsfall bzw. den Referenzdruckverlust für Teillast zu erhalten. Der Referenzdruckverlust für Teillastberechnungen ist dadurch variabel: DP12N=P1DP12RN, was in vielen Fällen allerdings unerwünscht ist. Der Teillast-Druckverlust ergibt sich zu: DP12=P1DP12RN(M1/M1N)^2V1/V1N . =3: DP12RN wird nur im Auslegungsfall als Faktor verwendet, mit dem der aktuelle Eintrittsdruck multipliziert wird, um den Druckverlust zu erhalten. Dieser Druck wird dann als Referenzeintrittsdruck P1N gespeichert. In Teillast wird dann dieser Referenzeintrittsdruck mit DP12RN multipliziert, um den Referenzdruckverlust für Teillast zu erhalten. Der Referenzdruckverlust für Teillastberechnungen ist somit konstant: DP12N=P1NDP12RN. Der Teillast-Druckverlust ergibt sich zu: DP12=P1NDP12RN(M1/M1N)^2V1/V1N . =4: DP12RN wird in allen Lastfällen als Faktor verwendet, mit dem der aktuelle Eintrittsdruck multipliziert wird, um direkt den Druckverlust im jeweiligen Lastfall zu erhalten: DP12=P1*DP12RN . In diesem Modus wird das Bernoulli-Gesetz nicht verwendet.
DP12RN	Druckverlust (nominal) (absolut oder relativ zu P1)
FVOL	Berechnung des Teillast Druckabfalls Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: aus DP12N und einem Massenstrom-abhängigen Teillastfaktor =1: aus DP12N und einem Massen- und Volumenstrom-abhängigen Teillastfaktor =2: konstant (=DP12N) =3: berechnet aus der Geometrie
FDPBASE	Basis für die geometrische Berechnung des Druckabfalls Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: basierend auf Mittelwert aus Ein- und Austrittsbedingungen =1: basierend nur auf Eintrittsbedingungen
GH	Geodätischer Höhenunterschied >0: Druckabnahme <0: Druckanstieg =0: keine Druckänderung infolge Höhendifferenz
FVOLGH	Für geodätischen Druckverlust verwendetes spezifische Volumen Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Spezifisches Volumen (Mittelwert zwischen Eintritt und Austritt =1: Spezifisches Volumen am Eintritt =2: Spezifisches Volumen am Austritt
ZETA	Zusatzdruckverlust Zeta
KS	Äquivalente Sandrauhigkeit
WMAX	Maximal zulässige Geschwindigkeit in Leitungen Übliche Werte: 60 m/s für Frischdampf 80 m/s für Bypassdampf 5 m/s für Wasser Die Eingabe beeinflusst die minimal zulässigen Rohrdurchmesser und die Querschnittsfläche. Andere Werte werden nicht beeinflusst.
LENGTH	Rohrlänge
DINNER	Rohrinnendurchmesser
THPIPE	Dicke der Rohrwand
THISO	Dicke der Isolierung, darf auch 0 sein)
ALPHI	Innerer Wärmeübergangskoeffizient (vom Fluid zur Rohrwand)
ALPHO	Äußerer Wärmeübergangskoeffizient (zur Umgebung)
LAMISO	Wärmeleitfähigkeit der Isolierung
FSTAMB	Definition der Umgebungstemperatur
TAMB	Umgebungstemperatur
FSWIND	Vorgabe der Windgeschwindigkeit
WIND	Windgeschwindigkeit
ISUN	Index für Solarparameter
IWDATA	Index für Windparameter
FVOL	Schalter für das Teillastverhalten des Druckverlusts Wie im Elternprofil : Einstellung des Schalters wird aus dem übergeordneten Profil übernommen (diese Einstellung ist nur in Unterprofilen verfügbar) Ausdruck: Es kann eine Formel eingegeben werden ( in EbsScript-Syntax ), die vor Beginn der Berechnung ausgewertet wird. Je nachdem ob diese Formel den Wert 0, 1, 2 oder 3 liefert, wird die diesem Wert entsprechende Einstellung des Schalters verwendet. = 0: Der Druckverlust ist nur vom Massenstrom abhängig. Diese Näherung gilt für inkompressible Fluide (in der Regel Flüssigkeiten), da bei ihnen das spezifische Volumen konstant bleibt. Man erspart sich dadurch den Aufruf der Stoffwertfunktion für das spezifische Volumen. Der Teillastfaktor für den Druckverlust ist in diesem Fall einfach DPDPN = (M1/M1N)*2 =1: Der Druckverlust wird nach dem Bernoulli-Gesetz berechnet und berücksichtigt auch die Kompressibilität des Fluids. Daher ist sie für alle Fluide (sowohl Gase als auch Flüssigkeiten) geeignet. Deshalb ist dies auch die Standardeinstellung. Der Teillastfaktor für den Druckverlust ist in diesem Fall DPDPN = (V1/V1N)(M1/M1N)**2 =2: Der Druckverlust wird als konstant angenommen, hängt also nicht von der Last ab. Diese Variante ist nur für spezielle Konstruktionen gedacht. Der Teillastfaktor für den Druckverlust ist in diesem Fall einfach DPDPN = 1 =3: Der Druckverlust wird auch in Teillast direkt aus der Rohrgeometrie berechnet, nicht über eine Skalierung des Auslegungsfalls. An dieser Stelle wird deshalb auch kein Teillastfaktor berechnet. Der Ergebniswert DPDPN wird erst nachträglich als Quotient aus dem in Teillast berechneten Druckverlust zum Auslegungsdruckverlust ermittelt.
FVALDP	Validierung des Druckabfalls Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Vorgabewert DP12RN verwendet, ohne Validierung =1: (Veraltet) Statt DP12RN wird die durch IPS bezeichnete Pseudomessstelle verwendet (validierbar) =2: Statt DP12RN wird der auf Regeleingang 3 gegebene Druck verwendet =4: Druck auf Regeleingang 3 verwendet in Design, Vorgabewert DP12RN in Off-Design =5: Vorgabewert DP12RN verwendet in Design, Drucke auf Regeleingang 3 in Off-Design Dieser Schalter dient insbesondere dazu, eine Validierung des Druckverlusts zu ermöglichen (für FVALDP>0), ermöglicht aber auch eine Steuerung von außen in bestimmten Konstruktionen.
IPS	Index für Pseudomesswert
R	Ohmscher Widerstand (Elektroleitungen)
C	Kapazität (Elektroleitungen)
L	Induktivität (Elektroleitungen)
H2MIN	Beschränkung der Austrittsenthalpie auf Werte höher als H2MIN
DPDPNMAX	Hohe Teillast-Druckverluste begrenzen Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck (Teillast-Faktor für Druckverlust beschränken auf (Eingabe); Wert >= 1 siehe dazu oben unter "Allgemeines"; (Bei Werten < 1 wird eine Warnung ausgegeben! Ein Wert <1 würde bedeuten, dass man im Offdesign-Modus die Auslegungsdaten nicht mehr reproduzieren kann.) --> siehe unter "Allgemeines" Auswahl: DPDPNMAX=2: Strenge Begrenzung (der Druckverlust wird auf das Doppelte des Nominalwertes begrenzt) DPDPNMAX=10: Moderate Begrenzung (der Druckverlust wird auf das 10-fache des Nominalwertes begrenzt)
FADAPT	Schalter für Adaptionspolynom / Anpassungsfunktion Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Polynom wird nicht verwendet =1: Korrektur des Wärme- oder Temperaturverlusts: für FDN = 1 : DQ12 = DN * Polynom (kein Teillast-Faktor!) für FDN = 2 : DT12 = DN * (M1/M1N)^2 * Polynom für FDN = 4 : DT12 = DN * Polynom für FDN = 5 : das Polynom wird nicht berücksichtigt für FDN = 6 : DT12 = DN * H1 * Polynom =2: Korrektur des Druckverlusts für FDP12RN = 1 : DP12 = DP12RN * Teillastfaktor (DPDPN) * Polynom für FDP12RN = 2 : DP12 = DP12RN * P1 * Teillastfaktor (DPDPN) * Polynom für FDP12RN = 3 : DP12 = DP12RN * P1N * Teillastfaktor (DPDPN) * Polynom für FDP12RN = 4 : DP12 = DP12RN * P1 * Polynom =3: Ersatz des Wärme- oder Temperaturverlusts: für FDN = 1 : DQ12 = DN * Polynom für FDN = 2 : DT12 = DN * Polynom für FDN = 4 : DH12 = DN * Polynom für FDN = 5: das Polynom wird nicht berücksichtigt für FDN = 6 : DH12 = DN * H1 * Polynom =4: Ersatz des Druckverlusts für FDP12RN = 1 : DP12 = DP12RN * Polynom für FDP12RN = 2 : DP12 = DP12RN * P1 * Polynom für FDP12RN = 3 : DP12 = DP12RN * P1N * Polynom für FDP12RN = 4 : DP12 = DP12RN * P1 * Polynom; In diesem Modus wird das Bernoulli-Gesetz nicht verwendet =1000: nicht verwendet, aber ADAPT ausgewertet als RADAPT (Reduzierung der Rechenzeit) = -1: Korrektur des Wärme- oder Temperaturverlusts: für FDN = 1 : DQ12 = DN * Anpassungsfunktion (kein Teillast-Faktor!) für FDN = 2 : DT12 = DN * (M1/M1N)^2 * Anpassungsfunktion für FDN = 4 : DT12 = DN * Anpassungsfunktion für FDN = 5 : die Anpassungsfunktion wird nicht berücksichtigt für FDN = 6 : DH12 = DN * H1 * Anpassungsfunktion = -2: Korrektur des Druckverlusts für FDP12RN = 1 : DP12 = DP12RN * Teillastfaktor (DPDPN) * Anpassungsfunktion für FDP12RN = 2 : DP12 = DP12RN * P1 * Teillastfaktor (DPDPN) * Anpassungsfunktion für FDP12RN = 3 : DP12 = DP12RN * P1N * Teillastfaktor (DPDPN) * Anpassungsfunktion für FDP12RN = 4 : DP12 = DP12RN * P1 * Anpassungsfunktion = -3: Ersatz des Wärme- oder Temperaturverlusts: für FDN = 1 : DQ12 = DN * Anpassungsfunktion für FDN = 2 : DT12 = DN * Anpassungsfunktion für FDN = 4 : DH12 = DN * Anpassungsfunktion für FDN = 5 : die Anpassungsfunktion wird nicht berücksichtigt für FDN = 6 : DH12 = DN * H1 * Anpassungsfunktion = -4: Ersatz des Druckverlusts für FDP12RN = 1 : DP12 = DP12RN * Anpassungsfunktion für FDP12RN = 2 : DP12 = DP12RN * P1 * Anpassungsfunktion für FDP12RN = 3 : DP12 = DP12RN * P1N * Anpassungsfunktion für FDP12RN = 4 : DP12 = DP12RN * P1 * Anpassungsfunktion = -1000: nicht verwendet, aber EADAPT ausgewertet als RADAPT (Reduzierung der Rechenzeit)
EADAPT	Anpassungsfunktion (Eingabe) function evalexpr:REAL; begin evalexpr:=1.0; end;
FERRP	Schalter für die Meldung, wenn P2 > P1 Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Keine Meldung =1: Kommentar =2: Warnung =3: Fehler
M1N	Massenstrom (nominal)
V1N	spezifisches Volumen am Eintritt (nominal)
H1N	Eintrittsenthalpie (nominal)
H2N	Austrittsenthalpie (nominal)
T2N	Austrittstemperatur (nominal)
P1N	Eintrittsdruck (nominal)
DP12N	Druckabfall (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

Ergebniswerte:

Wärmeverlust:

DQ	Wärmeverlust

Druckabfall:

DP	Gesamt-Druckverlust DP= DPB +DPZETA + DPGEOD
DPB	Basis-Druckverlust, der sich aus der Rohrreibung ergibt. Je nach Einstellung der Schalter FDP und FVOL wird dieser aus der Rohrgeometrie berechnet oder aus phänomenologischen Auslegungswerten, gegebenenfalls mit einem Teillastfaktor skaliert.
DPZETA	Zusätzlicher Druckverlust (aus ZETA), beispielsweise durch Einbauten wie Armaturen DPZETA=0,5 * 10-5 * ZETA * w**2 / v Dabei ist w die Strömungsgeschwindigkeit und v das spez. Volumen an einem fiktiven „mittleren“ Punkt im Rohr, dessen Zustand sich aus den Stoffdaten mit dem Mittelwert zwischen Eintritts- und Austrittsdruck und dem Mittelwert zwischen Eintritts- und Austrittsenthalpie ergibt. Der Faktor 10^-5 entsteht durch die Einheiten-Umrechnung von Pascal in bar.
DPGEOD	Druckunterschied, der sich durch die Schwerkraft aufgrund der geodätischen Höhendifferenz GH ergibt. Dieser Beitrag kann positiv oder negativ sein, je nachdem ob der Eintritt oder der Austritt des Rohres auf einem höheren Niveau liegt.
DP12NR	Verwendeter Wert für nominalen Druckabfall
DPREF	Referenz-Druckabfall
DPPDN	Teillastfaktor für Druckabfall

Sonstige Ergebnisse:

AMIN	Mindest-Rohrquerschnitt
DIAMIN	Mindest-Rohr-Innendurchmesser
ACALC	Berechneter Querschnitt
WCALC	Berechnete Strömungsgeschwindigkeit
RADAPT	Ergebnis für ADAPT / EDAPT

Elektrische Ergebnisse:

Bei Verwendung des Bauteils als elektrischen Widerstand (FDN=9) auf Elektroleitungen gibt es folgende Ergebniswerte:

RR	Berechneter Widerstand (Ohmscher Widerstand) R
RX	Berechneter Blindwiderstand (Reaktanz) X
RZ	Berechneter Scheinwiderstand (Impedanz) Z
RDPHI	Elektrische Phasenverschiebung

Teillast:

M1M1N	Bezogener Massenstrom (M1/M1N)
V1V1N	Relatives spezifisches Volumen (V1/V1N)
P1P1N	Bezogener Eintrittsdruck (P1/P1N)

Verwendete Physik

Gleichungen

wenn GLOBAL=Auslegung und FMODE=Auslegung, dann {

wenn FDP = 1, dann DP12N = DP12RN

wenn FDP = 2, dann DP12N = DP12RN*P1

}

M1R = M1/M1N

wenn GLOBAL=Auslegung und FMODE=Auslegung, dann {

M1R= 1.0 }

wenn FVOL = ohne , dann F = (M1R ** 2)

wenn FVOL = mit, dann F = (M1R ** 2) * (V1/V1N)

wenn GLOBAL=Auslegung und FMODE=Auslegung, dann {

F= 1.0 }

ZW = 1./(.5*(V1+V2))*9.81*GH*1.E-5

DP12 = DP12N * F + ZW

P2 = P1 - DP12 (1)

M2 = M1 (3)

NCV2 = NCV1

für FDN=Wärmeverlust:

Q2 = Q1 - DN

H2 = Q2/D2 (2)

T2 = f(P2,H2)

für FDN=Enthalpieverlust:

H2 = H1 - DN (2)

Q2 = H2*M2

T2 = f(P2,H2)

für FDN=Temperaturverlust:

T2 = T1 - DN

Q2 = H2 * M2

H2 = f(P2,T2) (2)

wenn H2 <= H"(P2) , dann H2=H"(P2)

Fall FDN= Temperaturverlust (überhitzter Dampf->Sattdampf) {

Auslegungsfall:

T2=T1-DN

Q2=H2*M2

H2=f(P2,T2)

wenn H2 <= H"(P2) , dann H2=H"(P2)

Teillastfall :

DH = T2/T2N * M1N/M1 * (H1N-H2N)

H2=H1-DH

wenn H2 <= H"(P2) , dann H2=H"(P2)

T2 = f(P2,H2)

}

Vmax=MAXIMUM(V1,V2)

AMIN=Vmax*M1/WMAX

DIAMIN=2*SQRT(AMIN/PI)

Bauteilform

Form 1

Beispiel

Klicken Sie hier >> Bauteil 13 Demo << um ein Beispiel zu laden.

Siehe auch

Drosseln und Ventile

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