Leitungsanschlüsse |
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1 |
Primärseitiger Eintritt (kaltes Fluid, innerhalb der Rohre) |
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2 |
Primärseitiger Austritt (kaltes Fluid, innerhalb der Rohre) |
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3 |
Sekundärseitiger Eintritt (warmes Fluid, außerhalb der Rohre) |
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4 |
Sekundärseitiger Austritt (warmes Fluid, außerhalb der Rohre) |
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5 |
Regeleingang für KAN - Wärmeübertragungsfähigkeit im Auslegungspunkt (als H) |
Allgemeines Vorgabewerte Kennlinien Verwendete Physik Bauteilform Beispiel
Modul 27 ist ein Mehrzweckbauteil, das wahlweise als Nachkühler oder als allgemeiner Wärmetauscher arbeiten kann. Für zulässige Kombinationen beachten Sie die Tabelle Spezifikationen.
Die Kombinationsauswahl muss berücksichtigen, dass die Sekundärseite die heißere Seite ist, d.h. der Wärmestrom erfolgt von der Sekundär- zur Primärseite.
Im Auslegungsfall ist anzugeben, in welcher Weise (als Nachkühler oder als allgemeiner Wärmetauscher) das Bauteil eingesetzt wird. Außerdem ist die Grädigkeit (obere oder untere) anzugeben (siehe Wärmetauscher, allgemeine Anmerkungen ). Alternativ besteht auch die Möglichkeit, auf interne Grädigkeits- bzw. Temperaturangaben zu verzichten und stattdessen drei der vier Temperaturen an den Ein- und Ausgängen extern vorzugeben. Ergebnis der Auslegungsrechnung ist in jedem Fall der Nominalwert für k*A, KAN.
Im Teillast-Berechnungsmodus wird dann aus diesem KAN unter Verwendung der physikalischen Gesetzmäßigkeiten ein Teillast-k*A berechnet. Als Ergänzung oder Alternative kann auch eine Option, ein Anpassungspolynom oder eine Kernelexpression für die Teillast-Skalierung definiert werden.
Alternativ gibt es auch zwei Identifikationsmodi: T2-Vorgabe und T4-Vorgabe. In diesen Modi wird in Teillast nicht mit KAN und den entsprechenden Skalierungsgesetzen gearbeitet, sondern k*A so berechnet, dass die gewünschte Temperatur herauskommt.
Strahlungsverluste können als Verlustfaktor eingegeben werden.
Bei diesem Wärmetauscher is es möglich, den Druck (P2, P4) von außen vorzugeben.
Außerdem kann eingestellt werden (Schalter FVOL), ob für die Teillastberechnung lediglich der Massenstrom (Näherung für inkompressible Fluide) oder Massen- und Volumenstrom berücksichtigt werden soll.
Logikeingang (Anschluss 5) 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 FVALKA=2, Variationsgröße: KAN,
Dimension: Enthalpie).
Der Vorteil besteht darin, dass die Zuordnung grafisch sichtbar ist und dadurch Fehler (zum Beispiel beim Kopieren) vermieden werden.
Pinchpoint-Verletzungen bei Wärmetauschern (siehe Wärmetauscher, allgemeine Anmerkungen ):
Bis Release 10.0 wurde in Teillast eine Pinchpoint-Verletzung erst nachträglich festgestellt, d.h. es wurde zum jeweiligen Lastfall KA und daraus die übertragene Wärmemenge berechnet und anschließend überprüft, ob diese Wärmemenge überhaupt auf dem richtigen Temperaturniveau übertragen werden kann. Da bei Verdampfung bzw. Kondensation die Temperatur trotz Wärmezufuhr bzw. -abfuhr konstant bleibt, gibt es Fälle, bei denen trotz stimmiger Gesamtbilanz die Wärmeübertragung physikalisch nicht möglich ist. In diesem Fall wurde in Ebsilon eine Fehlermeldung ausgegeben.
Die Berechnung wurde so geändert, dass die übertragene Wärmemenge so weit reduziert wird, wie es physikalisch noch möglich ist, wobei der Mindest-Pinchpoint
in einem Vorgabewert PINPMIN einstellbar ist. Dadurch ergibt sich ein entsprechend reduziertes KA.
Der Anwender wird durch eine Warnmeldung ("KA reduziert zur Vermeidung einer Pinchpoint-Verletzung") darauf hingewiesen und kann dann die Teillast-Kennlinie bzw. den Teillast-Exponenten für KA entsprechend anpassen, so dass die Warnung nicht mehr auftritt. Der Vorteil ist jedoch, dass man in jedem Fall ein physikalisch mögliches Ergebnis erhält.
Darüber hinaus gibt es am Ende der Rechnung noch eine Überprüfung, ob durch gekrümmten Verlauf von Q(T) (bedingt durch signifikante Änderungen von cp in Abhängigkeit von der Temperatur) eine Pinchpoint-Verletzung vorliegt. Dies kann man nachvollziehen, in dem man den Wärmetauscher in einzelne Abschnitte zerlegt.
Dieser Fall kann beispielsweise auftreten, wenn auf der heißen Seite das cp am Eintritt deutlich kleiner als am Austritt ist (etwa bei Dampf, der bei starker Überhitzung ein cp von etwa 2 kJ/kgK hat, knapp über der Siedelinie aber mehr als 5). Das bedeutet, dass dieser Dampf mehr Wärme auf niedrigerem Temperaturniveau bereitstellt als auf hohem. Bei entsprechend kleinen Grädigkeiten kann dies eine Begrenzung für die mögliche Wärmeübertragung sein.
Die QT-Diagramme berücksichtigen die Nicht-Linearität (Krümmung der Kurven) in Bereichen ohne Phasenwechsel.
Der Schalter FSPEC (veraltet) wurde auf drei Schalter aufgeteilt:
Hinweis:
Beim Laden einer mit Release 11 (oder älter) erstellten Schaltung wird aus dem Wert des Schalters FSPEC die entsprechende Werte für FTYPHX, FSPECD und FIDENT gesetzt und FSPEC auf „leer“ (-999) gesetzt. Die Schaltung ermittelt damit die gleichen Ergebniswerte. Bei Bedarf kann jedoch auch der Schalter FSPEC noch verwendet werden. Dies ist erforderlich, damit die vorhandenen EbsScripte, in denen eine Umschaltung von FSPEC in einen Identifikationsmodus erfolgt, auch weiterhin funktionieren. Wenn FSPEC nicht „leer“ (-999) ist, sondern einen Wert von -4 oder -5 hat (die alten Werte für die Identifikationsmodi), wird der neue Schalter FIDENT ignoriert und das Bauteil verhält sich gemäß der Einstellung von FSPEC (darauf wird in einem Kommentar hingewiesen).
Um Unklarheiten zu vermeiden, wurden in den Eingabemasken die Begriffe „Primärseite“ bzw. „Sekundärseite“ durch „kalte Seite“ und „warme Seite“ ersetzt. Die kalte Seite ist der Strom von Anschluss 1 zu Anschluss 2, der aufgewärmt wird. Die warme Seite ist der Strom von Anschluss 3 zu Anschluss 4, der die Wärme abgibt.
Auslegung bei Gleichstrom (siehe Wärmetauscher, allgemeine Anmerkungen )
Beim Wärmetauscher (Bauteile 27 ) wurde die Möglichkeit geschaffen, auch bei Gleichstrom (FFLOW=1) eine Auslegung über die obere oder untere Grädigkeit vorzunehmen.
Für den Fall, dass die beiden Eintrittstemperaturen vorgegeben werden, kann die obere Grädigkeit nur iterativ bestimmt werden. In der Regel ist dies jedoch unproblematisch. Falls es in komplexeren Modellen zu Konvergenzproblemen kommt, müsste ein anderer Auslegungsmodus verwendet werden.
Effectiveness-Methode
Siehe Wärmetauscher allgemein - Effektivitätsmethode
Schalter FDQLR
Es besteht die Möglichkeit, mit dem Schalter FDQLR einzustellen, wie DQLR (Faktor zur Modellierung von Wärmeverlusten) interpretiert werden soll.
Spezifische Wärmekapazität : CP12/CP34
Es wird die mittlere spezifische Wärmekapazität auf der kalten (CP12) und auf der heißen Seite (CP34) als Ergebniswert angezeigt.
Die mittlere spezifische Wärmekapazität ergibt sich aus dem Quotienten der Enthalpiedifferenz und der Temperaturdifferenz.
Wenn keine Temperaturdifferenz vorliegt (beispielsweise im Zweiphasengebiet oder bei ausgeschaltetem Wärmetauscher), ist die Berechnung dieses Quotienten allerdings nicht möglich.
In diesem Fall wird die spezifische Wärmekapazität bei der entsprechenden Temperatur verwendet, sofern diese definiert ist. Andernfalls bleibt der Ergebniswert leer.
Gütegrad RPFHX
Zur Beurteilung des Zustands eines Wärmetauschers dient der Quotient aus dem aktuellen Wert für k*A (Ergebniswert KA) und dem in jeweiligen Lastpunkt aufgrund der Bauteilphysik bzw. Kennlinien erwarteten k*A (Ergebniswert KACL). Der Quotient KA/KACL wird als Ergebniswert RPFHX angezeigt.
Für weitere allgemeine Informationen mit Bezug zu den meisten üblichen Wärmetauschern siehe Wärmetauscher, allgemeine Anmerkungen
Für weitere Informationen zum Vergleich dieses Wärmetauschers mit anderen Wärmetauschern siehe Wärmetauscher, allgemeine Bauteile
FTYPHX |
Art des Wärmetauschers Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck = 0: Allgemeiner Wärmetauscher |
FSPECD |
Berechnungsmethode im Design-Fall Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck = 0: Vorgabe der Effektivität EFF (Verhältnis von übertragener Wärmemenge zum theoretischen Maximum bei unendlich großer Übertragungsfläche) im |
FIDENT |
Bauteil-Identifikation (nur in Teillast) Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck = 0: keine Identifikation Im Auslegungsfall ist die Variante FIDENT=2 identisch mit FSPECD=5 und FIDENT=4 mit FSPECD=4. Um widersprüchliche Vorgaben zu verhindern, wird deshalb der Schalter FIDENT bei diesem Bauteil nur im Off-Design verwendet. Anmerkung: |
DTN |
Temperaturdifferenz (nominal, siehe FSPEC) |
EFF |
Effektivität |
FDP12N |
Druckabfall-Behandlung Leitung 1 zu 2 Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck = 1: Berechnet aus DP12N = -1: P2 von außen gegeben |
DP12N |
Druckabfall kalte Seite, von Leitung 1 zu 2 (nominal) |
FDP34N |
Druckabfall-Behandlung Leitung 3 zu 4 Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck = 1: Berechnet aus DP34N = -1: P4 von außen gegeben |
DP34N |
Druckabfall warme Seite, von Leitung 3 zu 4 (nominal) |
FVOL |
Schalter für Teillastverhalten - Druckabfall Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) =0: nur abhängig vom Massenstrom =1: abhängig vom Massen- und Volumenstrom |
FDQLR |
Schalter für Wärmeverlust - Handhabung Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: konstant (DQLR*QN in allen Lastfällen) =1: relativ zum tatsächlichen Wärmeeintrag (DQLR*Q354) |
DQLR |
Wärmeverlust, Strahlungsverlust (relativ ) |
TOL |
Maximal zulässige Abweichung der Energiebilanz für die innere Iteration |
FMODE |
Schalter für Berechnungsmodus Auslegung/Teillast Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) =0: wie global eingestellt |
FFLOW |
Schalter für die Strömungsrichtung (siehe Wärmetauscher, allgemeine Anmerkungen ) Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Gegenstrom |
FADAPT |
Schalter für die Verwendung des Anpassungspolynoms ADAPT / der Anpassungsfunktion EADAPT Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: nicht verwendet und nicht ausgewertet = -1: Korrektur für k*A [KA = KAN * Kennlinienfaktor *Anpassungsfunktion] |
EADAPT |
Anpassungsfunktion für KA (Eingabe) |
FFU
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Schalter Ein / Aus Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Wärmetauscher ausgeschaltet (kein Wärmeübergang, aber Berechnung Druckverluste) |
FVALKA |
Validierung von k*A Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) =0: fest vorgegeben durch KAN, ohne Validierung |
IPS |
Index auf Pseudomessstelle |
PINPMIN |
Mindestwert für den Pinchpoint (KA wird automatisch reduziert, wenn der Pinchpoint kleiner als dieser Wert wird) |
FSPEC (veraltet) |
Schalter für Betriebsart und Art der Temperaturvorgaben (bis auf die Identifikationsmodi nur für den Auslegungsfall) Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck = -999: nicht verwendet (stattdessen FSPECD und FIDENT verwendet) alte Werte =1: Allgemeiner Wärmetauscher, gegeben untere Grädigkeit |
KAN |
k*A(nominal) - Wärmeübertragungsfähigkeit im Auslegungspunkt |
M1N |
Primärmassenstrom (nominal) |
M3N |
Sekundärmassenstrom (nominal) |
QN |
Wärmetauscherleistung (nominal) |
V1N |
Spezifisches Volumen am Primäreintritt (nominal) |
V3N |
Spezifisches Volumen am Sekundäreintritt (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
Die folgenden Kombinationen von Medien sind zulässig:
Primär (kühl) |
Sekundär (warm) |
Luft | Steam (Steam-Air preheater) Water, 2-Phase (liquid), 2-Phase (gaseous), Saltwater, Binary mixture |
Rauchgas | Water, (Economizer) Steam, 2-Phase (liquid), 2-Phase (gaseous), Saltwater, Binary mixture |
Dampf | Steam, Water, 2-Phase (liquid), 2-Phase (gaseous), Saltwater, Binary mixture |
Wasser | Water, (After cooler) Steam, 2-Phase (liquid), 2-Phase (gaseous), Saltwater, Binary mixture |
Öl | Dampf, Wasser, Zweiphasenfluid (flüssig), Zweiphasenfluid (gasförmig), Salzwasser, Binäres Gemisch |
Rohgas, Brenngas | Dampf, Wasser, Zweiphasenfluid (flüssig), Zweiphasenfluid (gasförmig), Salzwasser, Binäres Gemisch |
Benutzerdefiniert | Dampf, Wasser, Zweiphasenfluid (flüssig), Zweiphasenfluid (gasförmig), Salzwasser, Binäres Gemisch |
Zweiphasenfluid (flüssig, gasförmig) | Dampf, Wasser, Zweiphasenfluid (flüssig), Zweiphasenfluid (gasförmig), Salzwasser, Binäres Gemisch |
Salzwasser | Dampf, Wasser, Zweiphasenfluid (flüssig), Zweiphasenfluid (gasförmig), Salzwasser, Binäres Gemisch |
Öl / Schmelze | Dampf, Wasser, Zweiphasenfluid (flüssig), Zweiphasenfluid (gasförmig), Salzwasser, Binäres Gemisch |
Feuchte Luft | Dampf, Wasser, Zweiphasenfluid (flüssig), Zweiphasenfluid (gasförmig), Salzwasser, Binäres Gemisch |
1. Kennlinie CKAM1 FK1 = f (M1/M1N)
2. Kennlinie CKAM3 FK2 = f (M3/M3N)
(K*A)/(K*A)N = FK1 * FK2
Kennlinie 1: (k*A)-Kennlinie CKAM1: (k*A)1/(k*A)N = f (M1/M1N) |
X-Achse 1 M1/M1N 1. Punkt 2 M1/M1N 2. Punkt . N M1/M1N letzter Punkt Y-Achse 1 (k*A)1/(k*A)N 1. Punkt 2 (k*A)1/(k*A)N 2. Punkt . N (k*A)1/(k*A)N letzter Punkt |
Kennlinie 2: (k*A)-Kennlinie CKAM3: (k*A)2/(k*A)N = f (M3/M3N) |
X-Achse 1 M3/M3N 1. Punkt |
Auslegungsfall (Simulationsflag: GLOBAL=Auslegungsfall und FMODE=Auslegungsfall) |
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untere Grädigkeit gegeben, dann { P4 = P3 - DP34N (2) T4 = T1 + DTN H4 = f(P4,T4) M4 = M3 (6) Q4 = M4 * H4 DQ = (Q3 - Q4)*(1-DQLR) P2 = P1 - DP12N (1) Q2 = Q1 + DQ M2 = M1 (5) H2 = Q2/M2 T2 = f(P2,H2) DTL = T4 - T1 (für FFLOW=Gegenstrom) obere Grädigkeit gegeben, dann { P4 = P3 - DP34N (2) DTLO = T4 - T1 (für FFLOW=Gegenstrom) |
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Teillastfall (Simulationsflag: GLOBAL=Teillastfall oder FMODE=Teillastfall) |
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F1 = (M1/M1N) ** 2 P2 = P1 - DP12N * F1 (1) F3 = (M3/M3N) ** 2 P4 = P3 - DP34N * F3 (2) Maximum/Minimum Werte für die Iteration { Für FFLOW=Gegenstrom { DTLO = T4 -T2 (für FFLOW=Gleichstrom) DQ = |DQQ /((Q12+QQ)*.5)| |
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Form 1 |
Form 2 |
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Form 3 |
Form 4 |
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Form 5 |
Form 6 |
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Form 7 |
Form 8 |
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Form 9 |
Form 10 |
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Form 11 |
Form 12 |
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Form 13 |
Form 14 |
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Form 15 |
Form 16 |
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