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.
Im Abschnitt "Vorgabe von Stoffeigenschaften" ist die Spezifikation einer Zusammensetzung und damit in Verbindung stehender Attribute und Koeffizienten (Heizwert, Dichte,...) ausführlich beschrieben.
Dort sind auch alle weiteren Informationen über Fluid-Vorgabewerte, Leitungstypen, Stoffwerttafeln, Stoffwertbibliotheken, Heizwerte, Materialwerte etc. zu finden.
Wenn man mit der rechten Maustaste auf einen Zahlenwert einer Zusammensetzung klickt, gibt es zu den verfügbaren Skalierungsmöglichkeiten zwei weitere Varianten:
Dabei ist zu beachten, dass
Die relative Luftfeuchte kann auch mit einem Messwert (Bauteil 46) vorgegeben werden, das wird aber nicht empfohlen.
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.
Bei allen einem Universalfluid zugeordneten Fluidbibliotheken ist 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 vieler andere Leitungstypen zu tun hat. CPCORR bezieht sich ausschließlich auf den Asche-Anteil in klassischen 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.
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.
Grundlagen
Früher 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.
Seit 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 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
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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 |
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XSO2 |
SO2-Massenanteil |
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XAR |
Argon-Massenanteil |
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XCO |
CO-Massenanteil |
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XCOS |
COS-Massenanteil |
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XH2 |
H2-Massenanteil |
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XH2S |
H2S-Massenanteil |
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XCH4 |
CH4-Massenanteil |
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XHCL |
HCL-Massenanteil |
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XETH |
Ethan-Massenanteil |
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XPROP |
Propan-Massenanteil |
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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 |
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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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