EBSILON®Professional Online Dokumentation
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Leitungsanschlüsse |
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| Bauteil 1: Anschluss 1 | Randwert |
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| Bauteil 33: keine Anschlussnummer | Startwert verbunden mit einer Leitung |
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Allgemeines Vorgabewerte Ergebnisse Verwendete Physik Bauteilform Beispiel
Die Komponente 1 wird verwendet, um Fluidströme zu definieren, die von außerhalb der Modellgrenzen in das Modell gelangen. Sie stellt den Anfangspunkt einer Leitung dar. Beispiele hierfür sind
Stattdessen kann die Komponente 33 für denselben Zweck verwendet werden, muss aber an eine beliebige Leitung angeschlossen oder an einem beliebigen Punkt auf eine Leitung gesetzt werden. Auf der Leitung wird am Anschlusspunkt automatisch ein Zwischenpunkt erzeugt.
Es wird empfohlen und ist gute Praxis, ins Modell eintretende Fluide selbst immer innerhalb einer Komponente 1 zu definieren.
Bauteil 33 unterscheidet sich von Bauteil 1 lediglich durch die Gestalt: Bauteil 1 kann nur an Systemgrenzen eingesetzt werden, Bauteil 33 überall. Die Funktionalität ist für beide Bauteile exakt gleich.
Der Zustand des Fluids wird durch einige der folgenden Werte definiert:
Bei einer Vorgabe der Werte (P,H, M) außerhalb des Gültigkeitsbereichs der Start- und Grenzwerte (ModellEinstellungen --> Simulation ) gibt es eine Fehlermeldung.
Drei der fünf Werte reichen aus, um den Mediumszustand eindeutig zu beschreiben. Üblicherweise sind P, T und M gegeben. H kann mit P und T berechnet werden. Q ergibt sich aus H und M.
Anstelle der Temperatur T, ist es auch möglich die Enthalpie H vorzugeben. Die Temperatur T wird dann aus P und H berechnet.
Wenn der Energiestrom Q gegeben ist, wird der Massenstrom M berechnet, sofern die Enthalpie H gegeben ist. Wenn der Massenstrom M gegeben ist, wird die Enthalpie H berechnet.
Mitunter ist die Vorgabe von allen drei Zuständen nicht erlaubt, da die einzelne Werte bekannt sind und bereits an anderen Stellen des Systems festgelegt sind. Würde ein solcher Wert nochmals durch ein Bauteil 1 oder 33 vorgegeben, wären die Festlegungen mehrdeutig.
Mit dem Vorgabewert LOAD wird der im Vorgabewert M eingetragene Wert multipliziert, um den Massenstrom auf einer Leitung zu setzen. Dies ist hilfreich, wenn man in Unterprofilen verschiedene Lastfälle durchrechnen möchte. Man erspart sich dann die Berechnung des Massenstroms im jeweiligen Profil und braucht beim Kopieren oder Ändern der Vorgabe nur noch M im Design-Profil zu ändern.
Der Standardwert für LOAD ist 1.0, und solange man in allen Profilen LOAD auf 1.0 lässt, hat er keine Auswirkungen
Achtung: Für Dampf im 2-Phasen Gebiet muss H eingegeben werden, da P und T nicht ausreichend sind, um H eindeutig festzulegen.
Grundlagen
Bisher wurde in Ebsilon davon ausgegangen, dass alle Fluide langsam genug strömen, so dass die kinetische Energie vernachlässigbar ist und totale und statische Zustandsgrößen gleichgesetzt werden können. Es wurde deshalb nicht zwischen totalen und statischen Werten unterschieden.
Einzige Ausnahme war die Dampfturbine (Bauteil 122). Da hier entsprechend hohe Strömungsgeschwindigkeiten auftreten, wurden bei der Berechnung der Dampfturbine die kinetischen Anteile berücksichtigt. Dabei wurde angenommen, dass die auf den Leitungen gespeicherten Größen grundsätzlich totale Größen sind.
In Release 15 besteht nun die Möglichkeit, überall zwischen totalen und statischen Größen zu unterscheiden. Dabei wird die bisher bei der Dampfturbine getroffene Annahme, dass die Leitungswerte totale Größen sind, auf alle Leitungen angewandt.
Die Umrechnung zwischen totalen und statischen Größen erfordert die Kenntnis der Strömungsgeschwindigkeit vel (da die Abkürzung v in Ebsilon bereits für das spezifische Volumen verwendet wird, steht v für die Geschwindigkeit nicht zur Verfügung).
In den Ebsilon-Standardeinheiten (vel in m/s, H in kJ/kg) gilt:
Htot = Hstat + Hkin, mit
Hkin = 0.0005 * vel²
Die Strömungsgeschwindigkeit kann dabei wahlweise
Die Vorgabe erfolgt beim Randwert (Bauteil 1) oder Startwert (Bauteil 33) durch einen der Vorgabewerte VEL_SET, A_SET oder D_SET.
Als Ergebnis werden dann alle drei Größen VEL, A und D angezeigt.
Zusätzlich kann in Release 15 auch die potentielle Energie berücksichtigt werden. Für diese gilt in Ebsilon-Standardeinheiten (z in m, H in kJ/kg):
Hpot = 0.001 * g * z,
wobei g = 9.81 m²/s die Fallbeschleunigung ist und z die Höhe, bezogen auf ein gewähltes Nullniveau. Die Höhe wird in Bauteil 1 bzw. 33 durch einen Vorgabewert Z_SET spezifiziert und als Ergebniswert Z angezeigt.
Insgesamt ergibt sich
Htot = Hstat + Hkin + Hpot
Die Unterscheidung zwischen totalen und statischen Größen erfolgt nur innerhalb des Bauteils 1 bzw. 33. Es ist nicht sinnvoll, die Strömungsgeschwindigkeit als Attribut der Leitung zu betrachten, da sich der Leitungsquerschnitt und somit die Strömungsgeschwindigkeit von einer Stelle der Leitung zur anderen ändern kann. Die Vorgabe und Berechnung muss deshalb stets gemeinsam mit der Vorgabe der Geschwindigkeit (bzw. Querschnitt oder Durchmesser) erfolgen.
Um unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten an verschiedenen Stellen der Leitung betrachten zu können, besteht die Möglichkeit, mehrere Bauteile 33 auf einer Leitung zu setzen. Eine Vorgabe statischer Größen ist allerdings nur in einem Bauteil möglich.
Wenn die Strömungsgeschwindigkeit bzw. die Höhe bekannt ist, werden in Bauteil 33 folgende Ergebniswerte angezeigt:
Bauteil 1 bzw. 33 ermöglicht nicht nur die Anzeige, sondern auch die Vorgabe statischer Zustandsgrößen. Dadurch können in Wärmeschaltbildern angegebene oder auch gemessene statische Größen jetzt so vorgegeben werden.
Hierzu muss – außer im letzten Fall - die Strömungsgeschwindigkeit wie oben beschrieben entweder direkt oder über Querschnitt oder Durchmesser vorgegeben sei.
Folgende Möglichkeiten sind implementiert:
Dieser Fall ist insbesondere interessant, wenn mit diversen Druckmessgeräten (Prandlt-Staurohr, Pitot-Rohr) statische und totale Drücke gemessen werden, um dadurch den Durchsatz zu bestimme
Vorgabe von Zusammensetzungen für Luft / Rauchgas als Medium:
Bei Verwendung von Bauteil 1 oder 33 in Verbindung mit Luft/Rauchgas als Medium in fester, flüssiger oder gasförmiger Form, ist es erforderlich, die Zusammensetzung des Mediums, zusätzlich zu den P/T/H/M/Q Werten vorzugeben.
Die Spezifikation der Zusammensetzung und damit in Verbindung stehender Attribute (Heizwert, Dichte,...) ist im Abschnitt "Vorgabe von Stoffeigenschaften" beschrieben.
Vorgabe von Zusammensetzungen :
Zusammensetzungen können über Rand- bzw. Startwerte (Bauteil 1 bzw. 33) oder über Messwerte (Bauteil 46) vorgegeben werden. Die Vorgabe über Messwerte ist dann erforderlich, wenn eine Validierung der Zusammensetzungen vorgenommen werden soll.
Das Zusammenspiel zwischen den beiden Vorgabemöglichkeiten war relativ kompliziert. Da die Summe aller Substanzen 1 ergeben muss, konnten nicht alle Substanzen über Messwerte vorgegeben werden, sondern man brauchte noch einen Freiheitsgrad für die Normierung, wozu in der Regel der größte Anteil im Bauteil Rand- bzw. Startwert genommen wurde.
Ab Release 11 kann man die vollständige Zusammensetzung entweder über einen Rand- bzw. Startwert oder über Messwerte vorgeben:
Bei der Vorgabe der vollständigen Zusammensetzung über einen Rand- bzw. Startwert, gibt es keine Änderungen in der Spezifizierung. In diesem Bauteil kann unmittelbar geprüft werden, ob die Summe alle Substanzen 1 ergibt. Falls dies nicht der Fall ist, wird eine Fehlermeldung generiert.
Bei der Vorgabe über Messwerte ist für jede vorkommende Substanz ein Messwert auf die Leitung zu platzieren. Auf derselben Leitung wird außerdem ein Rand- bzw. Startwert benötigt, um die Zusatzinformationen abzusetzen, die nicht über Messwerte definiert werden können (zum Beispiel der Kohletyp oder cp-Koeffizienten beim benutzerdefinierten Fluid). In diesem Startwert ist außerdem anzugeben, dass bei Integration der Materialgleichungen in die Gleichungsmatrix für die nicht spezifizierten Substanzen Gleichungen mit dem Wert 0 abgesetzt werden (andernfalls müsste man für jede Substanz, die nicht enthalten ist, einen Messwert mit dem Wert 0 setzen).
Falls die Summe aller Messwerte nicht 1 ergibt, wird eine Fehlermeldung ausgegeben.
Darstellung der Stoffanteile für die Bauteil 1 und 33 auf dem Blatt "Vorgabewerte" :
Bei den Bauteilen zur Vorgabe einer Zusammensetzung wurde die Möglichkeit geschaffen, diese (und sonstige Koeffizienten) nicht nur in den Dialogen auf dem Blatt „Stoff-Anteile“ einzutragen, sondern alle Werte auf dem Hauptblatt (Vorgabewerte) darzustellen. Dies bietet zwar weniger Komfort, ist aber unter Umständen hilfreich insbesondere in Zusammenhang mit der Excel-Schnittstelle.
Die Aktivierung dieser Option erfolgt in der Auswahlbox „Ansichtseinstellungen“ unterhalb der Komponentengrafik durch den Eintrag „Zusammensetzung auch als Vorgabewerte anzeigen“.
Beispiel : Vorgabewerte (mit Stoffanteilen)
- Erste Eigenschaftenseite "Vorgabewerte"
- Letzte Eigenschaftenseite "Vorgabewerte"
Zugriff auf XH2OG und XH2OL :
Durch die Zusammenlegung von XH2OG und XH2OL zu XH2O (entsprechend auch XNH3L und XNH3G zu XNH3 sowie XCO2 und XCO2L zu XCO2) sind Zuweisungen auf die alten Variablen bei den Vorgabewerten nicht mehr möglich. Bei den Ergebniswerten (Leitungsergebnisse) stehen die alten Bezeichnungen jedoch weiterhin zur Verfügung.
Berücksichtigung von nicht gasförmigen Bestandteilen beim spezifischen Volumen von Gasen
Für die Berechnung des spezifischen Volumens (und damit auch der Dichte) von Gasen (Luft, Rauchgas, Gas, Rohgas) wurden nur die gasförmigen Bestandteile berücksichtigt. Der Anteil der flüssigen und festen Bestandteile für das spezifische Volumen ist wegen der höheren Dichte in der Regel unerheblich.
Das spezifische Volumen dieser Bestandteile kann in der Regel nicht berechnet werden, da üblicherweise hierfür nur die elementare Zusammensetzung bzw. die allgemeine Spezifikation „Asche“ vorgegeben wird.
Es wurde die Möglichkeit geschaffen, für diesen Anteil eine Dichte im Vorgabewert „Dichte für Elementarzusammensetzung“ (RHOELEM) vorzugeben. Bis Release 10 wurde die Dichtevorgabe (Vorgabewert RHO) nur für Öl verwendet. Zur Vereinheitlichung ist auch bei Öl RHOELEM zu verwenden. RHO steht als Vorgabewert nicht mehr zur Verfügung.
Als Ergebniswerte auf den Leitungen gibt es sowohl RHO (mittlere Dichte des Gesamtstroms) als auch RHOELEM (Dichte des durch die Elementaranalyse gegebenen Anteils).
Wird bei der Dichte (RHOELEM) ein Wert von 0 eingetragen, wird der Anteil der als Elementaranalyse gegebenen Stoffe bei der Ermittlung des spezifischen Volumens vernachlässigt.
Bei nicht gasförmigen Bestandteilen, deren chemische Zusammensetzung bekannt ist, wird das spezifische Volumen aus den entsprechenden Stoffdaten ermittelt. Dies betrifft flüssiges H2O, NH3 und CO2, für die Bibliotheken in Ebsilon integriert sind, sowie die neuen Substanzen für die Direktentschwefelung, für die folgende Konstanten verwendet werden:
• CaSO4 2960 kg/m³
• CaCO3 2730 kg/m³
• CaO 3370 kg/m³
• Ca(OH)2 2240 kg/m³
• MgCO3 2960 kg/m³
• MgO 3580 kg/m³
Falls in der Kohle gebundenes Wasser (H2OB) vorhanden ist, wird dieses als Bestandteil der Kohle angesehen, d.h. es wird davon ausgegangen, dass dieser Anteil bereits in RHOELEM enthalten ist. H2O auf einer Kohleleitung (beispielsweise Regenwasser zwischen den Kohlestückchen) wird dagegen separat mit den Stoffdaten für H2O berechnet.
Die Bauteile 1 bzw. 33 können auch für die Vorgabe von binären Mischungen und für das Universalfluid verwendet werden.
Bei binären Mischungen besteht die Auswahl zwischen Ammoniak / Wasser oder Wasser / Lithiumbromid als Arbeitsmedium. Außerdem ist der Massenanteil XI des Kältemittels (Ammoniak bei Ammoniak / Wasser, Wasser bei Wasser / Lithiumbromid) vorzugeben.
Beim Universalfluid sind in der Vorgabetabelle zunächst die zu verwendenden Stoffdaten-Bibliotheken vorzugeben. In der Spalte „Spezifikation“ ist dann die jeweils gewünschte Zusammensetzung und weitere Parameter einzugeben. Die hier einzutragende Zusammensetzung bezieht sich auf die Massenanteile innerhalb des Teilstroms, der von der jeweiligen Bibliothek berechnet wird.
Welche Stoffe zur Auswahl stehen und welche zusätzlichen Eingabeparameter benötigt werden, hängt von der jeweiligen Bibliothek ab.
Bei FDBR ist als zusätzlicher Eingabeparameter ein Berechungstyp (cp-type) einzugeben. Dies ersetzt die Auswahl des Leitungstyps bei den klassischen Ebsilon-Leitungen und (bei Kohleleitungen) des Kohletyps. Es stehen folgende Werte für den cp-type zur Verfügung:
In Abhängigkeit von der hier gewählten Einstellung werden die übrigen Parameter verwendet. Es ist zu beachten, dass beim benutzerdefinierten Fluid für das cp-Polynom nicht die globalen Parameter aus den Modelleinstellungen, sondern die hier eingetragenen Werte verwendet werden. Auf diese Weise können auch unterschiedliche benutzerdefinierte Fluide innerhalb einer Schaltung verwendet werden.
Bei Verwendung der LibHuAir_xiw für feuchte Luft ist als Parameter xi der Wassergehalt (Massenanteil Wasser pro Gesamtmasse) vorzugeben.
Hinweis:
Die ebenfalls von der Hochschule Zittau/Görlitz entwickelte LibHuAir verwendet im Gegensatz zur LibHUAir_Xiw als Eingangsparameter die absolute Feuchte
(Massenanteil Wasser pro Masse trockener Luft) und liefert als Ergebnis die Enthalpie und Entropie bezogen pro Masse trockener Luft.
Diese Bibliothek ist jedoch nicht in Ebsilon eingebunden, da die LibHUAir_Xiw besser in die Philosophie von Ebsilon passt.
Vorgabe der relativen Luftfeuchte:
Dabei ist zu beachten, dass
Die relative Luftfeuchte kann auch mit einem Messwert (Bauteil 46) vorgegeben werden, das wird aber nicht empfohlen.
Bei Verwendung der LibAmWa für Ammoniak / Wasser - Gemische ist als Parameter xi der Ammoniakgehalt (Massenanteil Ammoniak pro Gesamtmasse) vorzugeben.
Bei Verwendung der LibWaLi für Wasser / Lithiumbromid - Gemische ist als Parameter xi der Wassergehalt (Massenanteil Wasser pro Gesamtmasse) vorzugeben.
Bei Verwendung der LibH2 für Wasserstoff ist zu beachten, dass die thermischen Eigenschaften des Wasserstoffs bei tiefen Temperaturen von der relativen Ausrichtung der Kernspins im H2-Molekül abhängen. Beim Parawasserstoff sind die Spins entgegengesetzt ausgerichtet, beim Orthowasserstoff parallel. Normalerweise liegt eine Mischung beider Varianten („Normalwasserstoff“) vor. Parawasserstoff ist insbesondere für die Kernspintomatographie interessant. Über ein Flag kann wahlweise Normal- oder Parawasserstoff eingestellt werden.
Bei Verwendung der Refprop-Bibliothek gibt es Umschaltmöglichkeiten für den Referenzzustand. Standardmäßig verwendet Ebsilon den von Refprop als „Default“ vorgegebenen Referenzzustand. Alternativ werden angeboten:
Bei der Vorgabe der Nullpunkte ist darauf zu achten, dass diese in den Standardeinheiten der REFPROP erfolgen muss:
Eine Einheitenumrechnung ist an dieser Stelle nicht möglich.
Im Feld "Berechnungsmodell" kann man unter verschiedenen Berechnungsmodellen auswählen, die die REFPROP-Bibliothek bietet :
Der GERG-2008 Mechanismus wird für Erdgas-Gemische standardmäßig verwendet, nicht allerdings für Reinstoffe. Für die Reinstoffe sind die in REFPROP umgesetzten Gleichungen genauer, da sie nicht wie in der GERG-2008, auf Grund von Rechengeschwindigkeit abgekürzt wurden. Die Unterschiede sind jedoch äußerst gering (solange sich kein Wasser im Gemisch befindet). Die GERG-2008, (programmiert in Bochum von Wagner und Kunz) weist aber in jedem Fall höhere Konsistenz und Genauigkeiten im Phasengleichgewicht auf.
Um REFPROP-Fluide einzufügen, klickt man im Fenster "Zusammenstellung Universal-Fluid - Refprop" in der rechten Hälfte in das Feld "Zum Einfügen anklicken.." in der Spalte Material der Tabelle Zusammensetzung. Es erscheint dann eine Liste aller verfügbare REFPROP-Fluide, aus der man einen Eintrag auswählen kann. In den folgenden Zeilen kann man dann weitere Fluide auswählen. Die so gewählten Fluide werden von der REFPROP-Bibliothek als Gemisch gerechnet. Man sollte sich dabei auf wenige Komponenten beschränken, da die Rechenzeit stark ansteigt. Leider sind auch nicht alle Kombinationen möglich, man erhält dann eine entsprechende Warnmeldung (z.B. "Binäre Wechselwirkungsparameter für diese Mischung nicht verfügbar, ideales Lösungsverhalten angenommen").
Als Alternative zu den selbst zusammengestellten Mischungen mit frei einstellbaren Stoffanteilen kann man auch fertig konfigurierte Mischungen der REFPROP-Bibliothek mit konstanter Zusammensetzung verwenden. Einige dieser Gemische werden als "pseudo pure fluid" in derselben Liste wie die reinen Stoffe angezeigt. Diese werden auch wie reine Stoffe behandelt, mit effektiven (gemittelten) Stoffparametern. Um auf die in der REFPROP-Bibliothek enthaltenen Gemische zugreifen zu können, muss man im Dialog "Zusammenstellung Universal-Fluid - Refprop" mit der rechten Maustaste in die Überschriftsspalte Material / Massenanteil klicken und im Kontextmenü den Eintrag "Standard-Zusammensetzung einfügen..." auswählen. Dann erhält man die fertig konfigurierten Gemische zur Auswahl.
Bei allen Substanzen ist zusätzlich die Angabe eines cp-Korrekturfaktors möglich. Dies ist ein konstanter Faktor, mit dem die spezifische Wärmekapazität cp und damit auch die Enthalpie H und die Entropie S multipliziert werden. Dieser kann für den Fall genutzt werden, dass die genauen Stoffdaten für einen bestimmten Stoff unbekannt sind, man jedoch einen ähnlichen Stoff kennt, dessen thermodynamische Eigenschaften durch Anpassung der spezifischen Wärmekapazität in einem Punkt genau genug beschrieben werden können.
Man beachte, dass dieser Korrekturfaktor nichts mit dem Vorgabewert CPCORR zu tun hat. CPCORR bezieht sich ausschließlich auf den Asche-Anteil in FDBR-Fluiden (zum Beispiel auf Kohle- und Rauchgas-Leitungen). Der hier beim Universalfluid verfügbare cp-Korrekturfaktor bezieht sich dagegen auf die komplette Zeile in der Stoffanteil-Tabelle.
Beim Fluidtyp "Thermoflüssigkeit" stehen diverse Thermoöle und Salzschmelzen zur Auswahl. Es besteht auch die Möglichkeit, Stoffwertkoeffizienten selbst vorzugehen. Die Bedeutung der Koeffizienten ist im Abschnitt Thermoflüssigkeiten im Kapitel "Erläuterungen zur Berechnung" beschrieben.
Für die Berechnung des Heizwertes (NCV/GCV) eines brennbaren Fluids wurde ein Schalter (FNCV) eingebaut, mit dem man festlegen kann, was bei einer Änderung der Zusammensetzung passieren soll:
In früheren Versionen war es erforderlich, nach einer Änderung der Stoffwertzusammensetzung den Knopf „Berechneten Wert übernehmen“ zu betätigen, um den Heizwert anzupassen. Da dies leicht vergessen werden konnte, wurde dadurch eine potentielle Fehlerquelle vermieden. Die (häufig lästige) Warnung einer Abweichung zwischen vorgegebenem und berechnetem Heizwert ist deshalb zum Kommentar heruntergestuft worden.
Ebsilon bietet neue Möglichkeiten zur Vorgabe von Heizwerten.
Es besteht die Möglichkeit, auch den oberen Heizwert (GCV) vorzugeben bzw. sich anzeigen zu lassen (siehe dazu auch Kapitel "Vorgabe von Stoffeigenschaften"). Die Vorgabe erfolgt im Bauteil 1 (Randwert), 33 (Startwert) oder Bauteil 46 (Messwert), für die Anzeige steht ein Leitungswert GCV, aber auch das Bauteil 45 (Wertanzeige) zur Verfügung.
Dazu wurde das Bauteil 1 (Randwert) bzw. Bauteil 33 (Startwert) um folgende Vorgabewerte erweitert
(siehe dazu Beispiel : Vorgabewerte (mit Stoffanteilen - Erste Eigenschaftenseite "Vorgabewerte" ):
Diese Erweiterung der Vorgabewerte wird sichtbar, wenn die Darstellung der Stoffanteile auf dem Blatt "Vorgabewerte" gewählt wird.
Hinweis:
Der Vorgabewert NCV (unterer Heizwert) wird nur noch bei entsprechender Einstellung des Schalters FNCVSRC verwendet.
Wenn man mit der rechten Maustaste auf einen Zahlenwert der Zusammensetzung klickt, gibt es zu den verfügbaren Skalierungsmöglichkeiten zwei weitere Varianten:
Beim benutzerdefinierten Fluid erfolgt die Vorgabe der cp-Koeffizienten beim Bauteil 1 bzw. 33 und nicht mehr bei den Modelleinstellungen. Damit können auch verschiedene benutzerdefinierte Fluide in einer Schaltung verwendet werden. Wenn man solche Fluide allerdings mischen will, muss das Universalfluid verwendet werden. Andernfalls werden die cp-Werte der ersten Leitung verwendet und eine Warnung ausgegeben.
Heizwert, Zusammensetzung und ergänzende Attribute (wie Kohletyp, Z-Faktor beim Öl) konnten nur gemeinsam gesetzt oder nicht gesetzt werden. Damit war es zum Beispiel nicht möglich, mit einem Bauteil 33 nur den Heizwert vorzugeben und nicht gleichzeitig die Zusammensetzung. Es gibt eine Auswahlbox, mit der eingestellt wird, welche dieser Größen gesetzt werden soll. Dabei können auch zwei oder alle drei gesetzt werden.
Zur Steigerung der Genauigkeit kann eine Realgaskorrektur durchgeführt werden. Im Vergleich zur Berechnung als ideales Gas ergibt sich dadurch allerdings eine deutliche Erhöhung
der Rechenzeit.
Häufig befinden sich in der Schaltung jedoch nur einige wenige Leitungen, für die die Realgaskorrektur signifikant ist. Die Anwendung auf sämtliche Luft- und Rauchgasleitungen mit
Drücken im Bereich des Atmosphärendrucks ist in der Regel überflüssig. Aus diesem Grunde wurde die Möglichkeit geschaffen, die Realgaskorrektur leitungsspezifisch zu definieren.
Die Vorgabe der anzuwendenden Realgaskorrektur
erfolgt im Bauteil 1 bzw. 33 (Rand- bzw. Startwert) auf dem Blatt „Stoffanteile“.
Die Definition gilt dann für die jeweilige Leitung und wird dann entlang des Hauptstroms weitergereicht. Welche Korrektur verwendet wurde, ist auf der Leitung im Ergebniswert
FREALGC ersichtlich. Wenn bei einer Zusammenführung zwei unterschiedliche Realgaskorrekturen zusammentreffen, wird eine Warnung ausgegeben.
Die Konvergenzgenauigkeit ist in Ebsilon eine modellweite Einstellung. Sie ist eine obere Schranke für die zulässige relative Änderung einer Variablen (Massenstrom, Druck, Enthalpie) von einem Iterationsschritt zum nächsten. Erst wenn bei allen Variablen die relative Änderung betragsmäßig kleiner als diese Schranke ist, wird das Iterationsverfahren erfolgreich beendet.
Normalerweise wird diese relative Änderung auf den Wert der Variable bezogen. Wenn sich also beispielsweise ein Massenstrom von 50 auf 51 kg/s ändert, ist die relative Änderung 1%. Bei einer Konvergenzgenauigkeit von 10-7 (dies ist der Standardwert) darf sich dieser Massenstrom von 50 nur noch um 0.000005 kg/s (also 5 mg/s) ändern, damit der Wert als konvergent angesehen wird. Bei einem Massenstrom von 0.01 kg/s wäre die zulässige Änderung dann nur noch 10-9 kg/s. Solch kleine Änderungen sind aber in der Praxis nicht signifikant und würden die Iteration unnötigerweise in die Länge ziehen. In vielen Fällen könnte aufgrund des „numerischen Rauschens“ auch gar keine Konvergenz mehr erzielt werden.
Aus diesem Grunde wurde in Ebsilon eine minimale Bezugsgröße für die Berechnung der relativen Änderung definiert. Wenn der Wert der Variable kleiner als die Bezugsgröße war, wurde die relative Änderung nicht in Bezug auf die Variable, sondern in Bezug auf die Bezugsgröße berechnet. Dadurch wurden (bei einer Konvergenzgenauigkeit von 10-7) Massenstromschwankungen von weniger als 0.000002 kg/s, Druckschwankungen von weniger als 0.0000002 bar und Enthalpieschwankungen von weniger als 0.00006 kJ/kg nicht mehr als Konvergenzhindernis angesehen.
Bis Release 11 waren diese Mindestbezugsgrößen fest im Code verankert. Ab Release 12 besteht die Möglichkeit, sie individuell für einzelne Leitungen vorzugeben. Dadurch können weniger interessante Bereiche der Schaltung mit einer geringeren Genauigkeit gerechnet werden und dadurch die Rechenzeit möglicherweise verkürzt werden.
Die Vorgabe dieser Mindestbezugsgrößen erfolgt im Bauteil 1 bzw. 33 (Rand- bzw. Startwert) in den Einträgen
MINREFITP
MINREFITH und
MINREFITM
Wenn man diese Werte leer lässt, verwendet Ebsilon die Standardwerte. Die Bezugsgrößen gelten dann für die jeweilige Leitung und werden dann entlang des Hauptstroms weitergereicht.
Bei einer Zusammenführung werden also die Bezugsgrößen vom Nebenanschluss (Anschluss 3) ignoriert. Dadurch wird es erleichtert, im Nebenzweig mit einer geringeren Genauigkeit zu rechnen, während man hinter der Zusammenführung mit dem Hauptstrom wieder die höhere Genauigkeit hat.
Hinweis:
Zusätzlich wurde ab Release 13 die in Release 12 bei Bauteil 1 und 33 implementierte Funktionalität zur individuellen Vorgabe der Konvergenzgenauigkeit in das Bauteil 147 verlagert. Aus Kompatibilitätsgründen bleibt sie in Bauteil 1 und 33 jedoch weiterhin verfügbar. Die dafür benötigten Eingabefelder MINREFITP, MINREFITH und MINREFITM wurden lediglich ausgeblendet, können bei Bedarf jedoch sichtbar geschaltet werden.
Auf Elektroleitungen können mit einem Bauteil 33
vorgegeben werden.
Hinweis: Da aus historischen Gründen in Ebsilon auf Elektroleitungen die Leistung als Grundvariable verwendet wird, wird bei einer Vorgabe der Stromstärke die Leistung berechnet und auf die Leitung geschrieben. Aus diesem Grunde ist eine gleichzeitige Vorgabe von Stromstärke und Leistung nicht möglich. Da zur Berechnung der Leistung die Spannung und die Phase benötigt werden, muss bei Vorgabe der Stromstärke auch Spannung und Phase im selben Bauteil 33 vorgegeben werden.
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Zustandsvariablen für Fluide (total) |
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P |
Druck |
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T |
Temperatur |
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H |
Enthalpie |
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M |
Massenstrom |
| LOAD | Faktor für M - der Standardwert ist 1.0 |
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Zustandsvariablen für Wellen und Elektroleitungen |
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F |
Frequenz / Drehzahl (auf Wellen und Elektroleitungen) |
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Q |
Leistung oder Wärmestrom |
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Zustandsvariablen nur für Elektroleitungen |
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U |
Spannung (auf Elektroleitungen) |
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I |
Stromstärke (auf Elektroleitungen) |
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COSP |
Leistungsfaktor (cos(phi)), phi>0 angenommen |
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PHEL |
Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom |
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NPHAS |
Stromtyp Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) =0: Gleichstrom |
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Zustandsvariablen für Fluide (statisch) |
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PSTAT_SET |
Statischer Druck |
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TSTAT_SET |
Statische Temperatur |
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VEL_SET |
Strömungsgeschwindigkeit |
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A_SET |
Querschnittsfläche |
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D_SET |
Innendurchmesser |
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Z_SET |
Höhe |
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Veraltete Einstellungen |
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MINREFITP |
Veraltet (Vorgabewert jetzt im Bauteil 147) Mindestreferenzwert für DITP |
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MINREFITH |
Veraltet (Vorgabewert jetzt im Bauteil 147) Mindestreferenzwert für DITH |
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MINREFITM |
Veraltet (Vorgabewert jetzt im Bauteil 147) Mindestreferenzwert für DITM |
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Fluidzusammensetzung |
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FFLSET |
Schalter zur Aktivierung der Vorgabe der Stoffzusammensetzung (Vorhandene Werte für die Zustandsvariablen wie P, T, H, M, Q, U, F bleiben aktiv) 0: Weder Zusammensetzung noch Heizwert oder Fluid-Koeffizienten vorgeben Fluid-Koeffizienten sind die Schalter und Zusatz-Koeffizienten, die für die Berechnung der Stoffwerte der klassischen FDBR Fluide genutzt werden (Z-Faktor, Asche-Korrekturfaktor, Wasserdampftafel etc.). IntMat-Modus: Integration der Materialgleichungen ins Gleichungssystem bzw. in die Gleichungsmatrix - @calcoptions.sim.intmat=2 (siehe Modelleinstellungen-->Simulation-->Iteration) |
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FMAS |
Zusammensetzung |
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PHI |
Luftfeuchtigkeit (rel.) |
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FNCV |
Anzeige der Heizwerte automatisch aktualisieren ? |
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FNCVSRC |
Berechnung mit selbst vorgegebenen Heizwert ? |
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FNCVCALC |
Methode zur Heizwertberechnung für Gase |
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TNCVREF |
Referenztemperatur für die Berechnung des Heizwertes |
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FNCVCALCELEM |
Methode zur Heizwertberechnung für Feststoffe (Elementaranalyse C, H, O, N, S,CL) |
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NCV |
Unterer Heizwert |
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GCV |
Oberer Heizwert |
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XN2 |
N2-Massenanteil |
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XO2 |
O2-Massenanteil |
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XCO2 |
CO2-Massenanteil |
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XH2O |
Wasser-Massenanteil |
|
XSO2 |
SO2-Massenanteil |
|
XAR |
Argon-Massenanteil |
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XCO |
CO-Massenanteil |
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XCOS |
COS-Massenanteil |
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XH2 |
H2-Massenanteil |
|
XH2S |
H2S-Massenanteil |
|
XCH4 |
CH4-Massenanteil |
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XHCL |
HCL-Massenanteil |
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XETH |
Ethan-Massenanteil |
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XPROP |
Propan-Massenanteil |
|
XBUT |
n-Butan-Massenanteil |
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XPENT |
n-Pentan-Massenanteil |
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XHEX |
n-Hexan-Massenanteil |
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XHEPT |
n-Heptan-Massenanteil |
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XACET |
Azetylen (Ethin, C2H2)-Massenanteil |
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XBENZ |
Benzol (C6H6)-Massenanteil |
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XC |
Massenanteil an elementarem C |
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XH |
Massenanteil an elementarem H |
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XO |
Massenanteil an elementarem O |
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XN |
Massenanteil an elementarem N |
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XS |
Massenanteil an elementarem S |
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XCL |
Massenanteil an elementarem CL |
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XASH |
Asche-Massenanteil |
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XLIME |
Kalk(Ca(OH)2)-Massenanteil |
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XCA |
Massenanteil an elementarem Ca |
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XH2OB |
Wasseranteil im Brennstoff |
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XASHG |
Asche-Anteil (g) |
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XNO |
NO-Massenanteil |
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XNO2 |
NO2-Massenanteil |
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XNH3 |
NH3-Massenanteil |
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XMETHL |
Methanol-Massenanteil |
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XMG |
Massenanteil an elementarem Mg |
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XCACO3 |
CaCO3 Massenanteil |
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XCAO |
CaO-Massenanteil |
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XCASO4 |
CaSO4-Massenanteil |
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XMGCO3 |
MgCO3-Massenanteil |
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XMGO |
MgO-Massenanteil |
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XOCT |
n-Oktan-Massenanteil |
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XNON |
n-Nonan-Massenanteil |
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XDEC |
n-Dekan-Massenanteil |
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XDODEC |
n-Dodekan-Massenanteil |
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XIBUT |
Isobutan (2-Methylpropan, (CH3)3CH) Massenanteil |
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XIPENT |
Isopentan (2-Methylbutan, (CH3)2-CH-CH2-CH3)) Massenanteil |
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XNEOPENT |
Neopentan (2.2-Dimethylpropan) Massenanteil |
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X22DMBUT |
Neohexan (2.2-Dimethylbutan, (CH3)2CHCH(CH3)2) Massenanteil |
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X23DMBUT |
2.3-Dimethylbutan ((CH3)2CHCH(CH3)-Massenanteil |
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XCYCPENT |
Cyclopentan (cyclo-C5H10)-Massenanteil |
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XIHEX |
Isohexan (2-Methylpentan, (CH3)2-CH-CH2-CH2-CH3) Massenanteil |
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X3MPENT |
3-Methylpentan ((CH3CH2)2CHCH3) Massenanteil |
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XMCYCPENT |
Methylcyclopentan (CH3-CH5-H9) Massenanteil |
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XCYCHEX |
Cyclohexan (Cycle-C6H12) Massenanteil |
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XMCYCHEX |
Methyl-Cyclohexan (CH3-C6H11) Massenanteil |
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XECYCPENT |
Ethyl-Cyclopentan (C2H5-C5H9) Massenanteil |
|
XECYCHEX |
Ethyl-Cyclohexan Massenanteil |
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XTOLUEN |
Toluol (Methylbenzol C6H5-CH3) Massenanteil |
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XEBENZ |
Ethylbenzol (Phenylethan C6H5-CH2-CH3) Massenanteil |
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XOXYLEN |
ortho-Xylen (1.2 Dimethylbenzol C6H4-2CH3)) Massenanteil |
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XCDECALIN |
cis-Decalin (Decahydronaphthalen) Massenanteil |
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XTDECALIN |
trans-Decalin (Decahydronaphthalen) Massenanteil |
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XETHEN |
Ethen (Ethylen, C2H4) Massenanteil |
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XPROPEN |
Propen (Propylen, C3H6) Massenanteil |
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X1BUTEN |
1-Butan (CH3-CH2-CH=CH2) Massenanteil |
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XC2BUTEN |
cis-2-Buten Massenanteil |
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XT2BUTEN |
trans-2-Buten Massenanteil |
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XIBUTEN |
Isobuten (2-Methylpropen) Massenanteil |
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XIPENTEN |
1-Penten (C5H10) Massenanteil |
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XPROPADIEN |
Propadien (Allen CH2=C=CH2) Massenanteil |
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X12BUTADIEN |
1,2-Butadien (Methylallen, CH2=C=CH-CH3) Massenanteil |
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X13BUTADIEN |
1,3-Butadien (Vinylethylenallen, CH2=CH-CH=CH2) Massenanteil |
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XETHL |
Ethanol Massenanteil |
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XCH3SH |
CH3SH (Methanethiol, Methylmercaptan) Massenanteil |
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XHCN |
HCN (Blausäure) Massenanteil |
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XCS2 |
Kohlenstoffdisulfid Massenanteil |
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XAIR |
Luft Massenanteil |
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XHE |
Helium Massenanteil |
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XNE |
Neon Massenanteil |
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XKR |
Krypton Massenanteil |
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XXE |
Xenon Massenanteil |
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XN2O |
Distickstoffmonoxid (N2O, Lachgas) Massenanteil |
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VOLA |
Flüchtige Bestandteile Massenanteil |
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CPCORR |
Korrekturfaktor für cp Asche |
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RHOELEM |
Dichte für den durch Elementaranalyse definierten Anteil |
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ZFAC |
Z-Faktor |
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FSTEAMFORMULATION |
Wasser- / Dampfberechnung |
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FGASFORMULATION |
Gas- / Rauchgasberechnung |
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FREALGC |
Realgas-Korrektur |
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FCOAL |
Kohletyp |
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SALT |
Anteil Salz an Gesamtmasse |
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FMED |
Typ des Mediums (nur 2-Phasenfluid) bis |
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FBIN |
Typ des Mediums (nur binäre Gemische) 1: Ammoniak/Wasser-Gemisch bis |
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XI |
Anteil Kälte- /Frostschutzmittel / Wasseranteil in Luft |
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Heizwerte |
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NCVI |
Unterer Heizwert für 0°C (aktueller Leitungswert) |
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NCVC |
Unterer Heizwert für 0°C (würde sich aus der Zusammensetzung errechnen) |
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GCVI |
Oberer Heizwert für 0°C (aktueller Leitungswert) |
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GCVC |
Oberer Heizwert für 0°C (würde sich aus der Zusammensetzung errechnen) |
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von Geschwindigkeit und Geometrie abhängig |
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PTOT |
Totaler Druck |
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PSTAT |
Statischer Druck |
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DPKIN |
Kinetischer Druckanstieg |
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TTOT |
Totale Temperatur |
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TSTAT |
Statische Temperatur |
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DTKIN |
Kinetische Temperaturerhöhung |
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HTOT |
Totale Enthalpie |
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HSTAT |
Statische Enthalpie |
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HKIN |
Kinetisch Energie |
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HPOT |
Potentielle Energie |
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UIE |
Innere Energie |
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HPV |
Verschiebungsenergie |
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RHOTOT |
Totale Dichte |
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RHOSTAT |
Statische Dichte |
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VSTAT |
Statisches spezifisches Volumen |
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VMTOT |
Totaler Volumenstrom |
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VMSTAT |
Statischer Volumenstrom |
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VEL |
Strömungsgeschwindigkeit |
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D |
Rohrinnendurchmesser |
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A |
Querschnittsfläche |
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MACH |
Mach-Zahl |
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Z |
Höhe |
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Wenn P gegeben, dann P1=P Wenn H gegeben, dann Wenn T gegeben, dann Wenn M gegeben, dann Wenn Q gegeben, dann |
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Die fünf Werte werden nur mit Randwerten für die zweite Iteration besetzt.
Wenn H1 <= 0 dann H1 = f(P1,T1) mit Vorgabe von P1 und T1
Wenn H1 > 0 dann T1 = f(P1,H1) mit Vorgabe of P1 und H1
Wenn Q1 <= 0 dann Q1 = M1 * H1
Wenn Q1 > 0 dann H1 = Q1 / M1 wenn M1 > 0
oder M1 = Q1 / H1 wenn H1 > 0
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Bauteil 1 nur diese eine Form |
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Bauteil 33: Form 1 Bauteil nicht mit einer Leitung verbunden |
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Bauteil 33: Form 2 Bauteil mit einer Leitung verbunden |
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