EBSILON®Professional Online Dokumentation
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Leitungsanschlüsse |
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Speisewassereintritt |
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Sattdampfaustritt |
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Abzug des Umlaufkondensats |
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Heizdampfeintritt |
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Abfuhr des Kondensatmassenstroms (Entwässerung) |
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Mittlerer flüssiger Volumenanteil (Flüssigkeitslevel) während des Zeitschritts |
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Allgemeines Vorgabewerte Verwendete Physik Bauteilform Beispiel
Das Bauteil Dampftrommel benötigt einen Schätzwert für den erzeugten Dampfmassenstrom. Dieser Wert muss als Initialwert mit einem Bauteil 33 (Werteingabe / Startwert) am Speisewassereintritt vorgegeben werden.
Der angestrebte Trommeldruck muss am Anschluss für das Umlaufkondensat mit einem Bauteil 33 (Werteingabe / Startwert) vorgegeben werden. Ebenso muss der Umlaufwassermassenstrom, der in den Verdampfer eintritt, vorgegeben werden. Der gewählte Umlaufwassermassenstrom muss etwa vier bis fünf mal größer sein als die erwartete Dampfproduktion. Es ist sicherzustellen, dass der Dampfgehalt (X-Wert) des erzeugten Dampfs im Verdampfer etwa 0.2 - 0.25 beträgt. Wenn erforderlich, passen Sie den Umlaufwassermassenstrom an.
Anschluss 4 (Heizdampf) ist üblicherweise der Eintritt für den im Verdampfer erzeugten Dampf.
Es ist möglich, einen Entwässerungsmassenstrom dabei mittels Bauteil 33 am Anschluss 5 festzulegen. Dabei ist zu beachten, dass dieser Massenstrom dem Kreislauf als Wasserverlust entzogen wird. Die gleiche Menge muss daher an einer anderen geeigneten Stelle im Kreislauf wieder zugeführt werden.
Die Haupteingabe für dieses Icon ist die Größe FSPEC, die entweder
- den Nassdampfstrom M1 (=M2) berechnet und die Eintrittsheizdampfenthalpie H4 akzeptiert
oder
- die Heizdampf-Nassdampfproduktion (M1, M2) akzeptiert und die Dampfenthalpie H4 berechnet.
Vorgabe Abschlämm-Massenstrom
Es gibt den Schalter FM5, mit dem der Massenstrom von der Trommel gesetzt werden kann, wahlweise absolut oder relativ.
Es gibt folgende Varianten:
Wenn die Eintritts- und Austrittstemperatur des Verdampfers festgelegt sind, bestimmt der Sattdampfstrom den Pinchpoint oder die Grädigkeit.
Wenn die Menge des zu erzeugenden Sattdampfs gegeben ist, z.B wenn die benötigte Heizdampfmenge eines angeschlossenen Entgasers vorgegeben ist, dann bestimmt die Energiebilanz der Trommel die notwendige Heizdampfenthalpie beim Eintritt in die Trommel und somit die Heizdampfaustrittstemperatur des Verdampfers. Unter diesen Umständen wird der Pinchpoint oder die Grädigkeit durch das Programm berechnet.
Der Anschluss des Umlaufkondensats darf nicht mit dem Anschluss für die Abschlämmung verbunden sein. Ansonsten wird kein Ergebnis erreicht.
Bei der Dampftrommel wurde eine Warnung ausgegeben, wenn am Eintritt ein Dampfgehalt von X>10-5 vorhanden war. Diese Warnschwelle ist über den Vorgabewert TOLX einstellbar.
Die Approach-Temperatur (d.h. die Temperaturdifferenz, um die das eintretende Speisewasser gegenüber der Trommel-Temperatur unterkühlt ist) wird als Ergebniswert TAPP ausgewiesen.
Salzwasser
Die Trommel kann jetzt auch mit Salzwasser betrieben werden. Dabei ist zu beachten, dass im Dampf kein Salz enthalten ist. Da im stationären Fall genauso viel Salz abgeführt werden muss wie zugeführt wird und für die Abfuhr nur die Abschlämmung zur Verfügung steht, muss der Abschlämm-Massenstrom groß genug sein, damit das Salz in Lösung bleibt.
Es wird davon ausgegangen, dass der Salzgehalt in der Trommel und auch in der Umwälzung dem der Abschlämmung entspricht. Im Verdampfer ist darauf zu achten, dass der Dampfgehalt klein genug bleibt, damit in der flüssigen Phase das Salz noch gelöst werden kann.
Mit Ebsilon können linksdrehende Prozesse mit ähnlich guten Konvergenzeigenschaften abgebildet werden wie rechtsdrehende Prozesse.
Bei rechtsdrehenden Prozessen ist es das Bauteil Kondensator, dass die Möglichkeit bietet, direkt den Druck berechnen zu lassen, bei dem die Kondensationsenthalpie genau so groß ist, dass die freiwerdende Kondensationswärme durch das Kühlwasser abgeführt werden kann.
Auch die Trommelbauteile 20 und 70 können dies direkt berechnen.
Allerdings ist hierfür (wie auch beim Kondensator) eine interne Iteration erforderlich. Für das Feintuning dieser internen Iteration stehen die Parameter START, CHL und ITSTEP zur Verfügung.
Außerdem steht zum Konvergenz-Tuning der Parameter DERIVLEV zur Verfügung, mit dem eingestellt werden kann, wann im Modus Druckberechnung die partiellen Ableitungen mit in das Gleichungssystem genommen werden sollen. Diese werden aktiviert, wenn während der Iteration der berechnete Druck sich im Vergleich zum vorhergehenden Iterationsschritt um weniger als DERIVLEV unterscheidet. Da die Abhängigkeit sehr empfindlich ist (in der Beispielschaltung ändert sich der Druck um 100 mbar, wenn sich der Massenstrom nur um 1 g/s ändert), wurde der Defaultwert auf 0 gestellt. Es mag aber Schaltungen geben, bei denen dieser Parameter für Verbesserungen sorgt.
Für die innere Iteration nach dem Druck gibt es zwei Varianten:
Das Bauteil 20 ermöglicht auch die Modellierung der Dampftrommel im transienten Fall. Dazu kann der Schalter FINST verwendet werden. Es wird ein thermodynamisches Gleichgewicht zwischen der flüssigen und der gasförmigen Phase angenommen.
Für die transiente Berechnung ist die Spezifikation der geometrischen Details des Bauteils erforderlich. Aus geometrischen Angaben wird das Mediumvolumen, Wandspeichermasse und Austauschfläche zwischen Wand und Fluid berechnet. Die Eigenschaften des Wand-Werkstoffs wie Dichte, Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität können entweder aus der hinterlegten Bibliothek (Schalter FMAT) oder vom Benutzer vorgegeben werden.
Der Wärmeaustausch zwischen dem Medium und der Trommel-Wand bzw. Temperaturentwicklung in der Trommel-Wand in der Zeit werden auch berücksichtigt. Hierzu werden identischen Algorithmen wie im Bauteil 119 verwendet. 2 Verfahren stehen im Bauteil 20 zur Berechnung der Wandtemperatur zur Verfügung. Analog zum Bauteil 119 wird bei FALGINST=1 die Gleichung (2.3) mit dem Crank-Nicolson-Algorithmus numerisch gelöst. Bei FALGINST=4 wird dagegen das Kombinierte analytische und numerische Modell für die Berechnung der Wandtemperatur verwendet.
Für die Berechnung des inneren Wärmeübertragungskoeffizienten (ALPHI) hat der Benutzer die Wahl zwischen den in VDI Wärmeatlas verfügbaren Formeln für die freie Konvektion und eigenen Angaben, auch z.B. in Form einer Benutzer-Funktion (EALPHI).
Die transiente Massenbilanz berücksichtigt eine Füllstandänderung der Trommel während des Zeitschritts. Bei der Massenbilanz kann der Benutzer mit dem Schalter FSPIN zwischen der Vorgabe des Füllstands oder des Massenstroms M1 oder M2 entscheiden. Der berechnete Füllstand wird als Volumenanteil der flüssigen Phase im Gesamtvolumen der Trommel an den Anschluss 6 als Massenstrom M6 ausgegeben.
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FINST |
Instationaritätsmodus 0: instationäre Lösung (Zeitreihe oder Einzelberechnung) 1: immer stationäre Lösung |
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FSPEC |
Spezifikationen =0: Eingabe: Grädigkeit, berechnet: Massenstrom (Sattdampf) =1: Eingabe: Massenstrom (gesättigt), berechnet: Grädigkeit =2: M2 berechnet im Design wie in FSPEC=1, H4 im Off-Design wie in FSPEC=0 =3,4: zu einem gegebenen Dampf-Volumen- bzw. Massenstrom wird der Trommeldruck berechnet =3: Der Massenstrom wird mit der Druckänderung variiert, so dass der Volumenstrom konstant bleibt =4: Der Massenstrom wird konstant gehalten FSPEC=3 ist hilfreich für Schaltungen, in denen es einen Kompressor gibt, dessen Volumenstrom bei Druckänderung konstant bleibt. |
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FM5 |
M5-Vorgabewert =-1: M5 wird von außen gegeben =0: absolute Vorgabe im Vorgabewert M5=M5S =1: Vorgabe relativ zum Speisewassereintritt (M5=M5S*M1) =2: Vorgabe relativ zur Dampfproduktion (M5=M5S*M2) |
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M5S |
M5-Vorgabewert |
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FSTART |
Quelle für Startwert der Dampfproduktion M2 =0: Intern ( Vorgabewert START) =1: Externer Startwert mittels Bauteil 33 |
| START |
Startwert für die interne Iteration |
| CHL |
Maximale relative Änderung des Drucks von einem internen Iterationsschritt zum nächsten |
| ITSTEP |
Häufigkeit der Neuberechnung des Druckes - bei ITSTEP=1 wird der Druck z. B. in jedem Iterationsschritt neu berechnet (Defaultwert), bei ITSTEP=5 nur in jedem fünften Iterationsschritt. |
| DERIVLEV |
Konvergenz-Tuning (siehe oben) |
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TOLX |
Warnschwelle für Dampf am Kondensateintritt (Standardwert 2,5%) |
| FINIT |
Anfangszustand =0: GLOBAL =1: Erster Durchlauf =2: Folgedurchlauf |
| FALGINST |
Algorithmus für instationäre Rechnung =1: 2D-Gitter mit Crank-Nicolson-Algorithmus |
| DIAM | Innendurchmesser |
| LENG | Länge |
| THWALL | Wandstärke |
| THISO | Dicke der Isolierung |
| MRINPART | Verhältnis der inneren Teile zur Wandmasse |
| FMAT |
=-1 : Eigenschaften berechnet aus Kernelexpression ERHO, ELAM, ECP |
| ERHO | Funktion für Dichte des Materials |
| ELAM | Funktion für Wärmeleitfähigkeit des Materials |
| ECP | Funktion für Wärmekapazität des Materials |
| LAMISO | Wärmeleitfähigkeit Isolierung |
| FTTI |
Schalter zur Interpolation der temperaturabhängigen Kenngrößen für die Stoffwerte CP, LAM, RHO =0: Temperatur am Ende des Zeitschrittes |
| FTSTEPS |
Art der Vorgabe des Zeitschritts der zeitlichen Diskretisierung (Unterzeitschritt) =1: gemäß TISTEP |
| ISUBMAX | Maximale Anzahl der internen Iterationsschritte bei der Initialisierung |
| IERRMAX | Maximal erlaubter Fehler bei Initialisierungsrechnung |
| TISTEP | Interner (Unter-)Zeitschritt |
| FFREQ |
Häufigkeit instationärer Berechnungen 1: In jedem Iterationsschritt |
| NRAD | Anzahl der Punkte in wand-normaler Richtung (max. 30) |
| FSPIN |
Instationärer Bilanzberechnungsmodus 0: Flüssigkeitslevel gegeben, Massenströme berechnet 1: M1 gegeben, Flüssigkeitslevel berechnet 2: M2 gegeben, Flüssigkeitslevel berechnet |
| WF | Flüssiger Volumentanteil (Flüssigkeitslevel) am Ende des Zeitschritts |
| WFMIN | Mindest-Flüssigkeitslevel |
| WFMAX | Höchst-Flüssigkeitslevel |
| FALPHI |
Ermittlung von alpha innen 0: Gemäß Formel VDI Wärmeatlas Auflage 11 Kapitel F3 (Freie Konvektion) 1: aus konstantem Wert APLHI 2: aus Funktion EALPHI |
| ALPHI | Innerer Wärmeübergangskoeffizient (zum Fluid) |
| EALPHI | Funktion für alpha innen |
| FALPHO |
Ermittlung von alpha außen 0: aus Vorgabewert ALPHO 1: aus Funktion EALPHO |
| ALPHO | Äußerer Wärmeübergangskoeffizient (zur Umgebung) |
| EALPHO | Funktion für alpha außen |
| TMIN | Untergrenze für Speichertemperatur |
| TMAX | Obergrenze für Speichertemperatur |
| FSTAMB | Definition der Umgebungstemperatur |
| TAMB | Umgebungstemperatur |
| FISTART | Vorgabe der Starttemperatur |
| TIMETOT0 | Gesamtzeit zu Beginn der Berechnung |
Spezifikations-Matrix MXTSTO und Ergebnis-Matrix RXTSTO
Die Matrix MXTSTO ist mit der Ergebnismatrix RXTSTO auf die gleiche Weise verknüpft wie die oben genannten Kennlinien und Ergebnisfelder. Die Verteilung der Werte im Speicher und den Fluiden wird in beiden Matrizen (Vorgabematrix MXTSTO für den Zeitschritt t-1 und Ergebnismatrix RXTSTO für den Zeitschritt t) abgelegt.
Aufbau der Matrizen siehe Matrizen bei BT 20.
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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Stationäres Modell: Alle Betriebsfälle |
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X1 = f(P1, H1) T1 = f(P1, H1) AbschlämmungP5 = P1 T5 = f'(P5) H5 = f'(P5) Q5 = M5 * H5 Umlauf-KondensatP3 = P1 P4 = P1 T3 = f'(P3) H3 = f'(P3) M3 = M4 Q3 = M3 * H3 Primäraustritt (Sattdampf) P2 = P1 T2 = f'(P2) H2 = f"(P2) { M2 = M1 - M5 M1 = (M2*H2-M4*H4+M3*H3+M5*H5)/H1 } M1 = (M3*H3–M4*H4-M5*(H2-H5) ) / (H1-H2) M2 = M1 - M5 Q2 = M2 * H2 X2 = 1.0 Erwarteter HeizdampfmassenstromQK = Q2 + Q3 + Q5 - Q1 QK muss positiv sein, ansonsten muss der Eco verkleinert werden D = |Q4 - QK| / Q4 |Q4 - Q5| V = --------------- (Q4-QK) wenn D > 0.001 and V > 0, dann ist die Beheizung zu klein: der Verdampfer muss vergrößert werden wenn D > 0.001 and V < 0, dann ist die Beheizung zu groß: der Verdampfer muss verkleinert werden |
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Form 1 |
Klicken Sie hier >> Bauteil 20 Demo << um ein Beispiel zu laden.