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In diesem Thema
    Bauteil 7: Kondensator
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    Bauteil 7: Dampfturbinen - Kondensator

     

    Vorgaben

    N

    Leitungsanschlüsse

    1

    Kühlmediumeintritt                

    2

    Kühlmediumaustritt   

    3

    Abdampfeintritt    

    4

    Kondensataustritt 

    5

    Nebenkondensateintritt

    6

    Regeleingang für KAN oder CLTUBE, Wärmeübertragungsfähigkeit im Auslegungspunkt oder Reinheitsgrad  (als H)

    7

    Bypass-Dampf Austritt

     

    Allgemeines       Vorgabewerte       Kennlinien (wenn FHEI=0)       Berechnungsmethode nach HEI 6 (wenn FHEI=1)       Berechnungsmethode nach HEI 10 (wenn FHEI=10 oder FHEI=-1)       Verwendete Physik       Bauteilform       Beispiel

    Allgemeines

    Im Gegensatz zu Bauteil 10 ist beim Kondensator stets die Menge des zu kondensierenden Dampfes vorzugeben, außerdem die Dampfenthalpie.

    Im Auslegungsfall muss der Abdampfdruck (als Startwert oder Messwert auf der Anschlussleitung 3) und die obere Grädigkeit (als Spezifikationswert DT3S2N, siehe dazu Wärmetauscher, allgemein ) vorgeben werden. Ebsilon berechnet dann die Kühlwassermenge M1N und den Nennwert für k*A, KAN.

    Für Teillast gibt es verschiedene Berechnungsmodi, die über die Schalter FSPEC und FHEI eingestellt werden.

    Das Bauteil 7 wird um HEI 10 Methode erweitert. Die bisherige HEI-Implementierung wird zu „HEI 6“ umbenannt.
    Die Erweiterung betrifft die Berechnung des Wärmedurchgangs (k bzw. k*A) sowie des primärseitigen Druckverlustes.
    Neben „HEI 6“ und „HEI 10“ gibt es die Möglichkeit über benutzerdefinierten Vorgabewertmatrizen (siehe unten)
    andere HEI-Versionen zu implementieren (FHEI=“benutzerdefiniert“).

    Zunächst muss zwischen normalen Teillast-Modus und Identifikationsmodus unterschieden werden. Im normalen Teillast-Modus wird davon ausgegangen, dass das Verhalten des Bauteils (d.h. k*A in Abhängigkeit bestimmter Einflussparameter) bekannt ist und in den Kennlinien bzw. einem Anpassungspolynom oder einer Berechnungsformel (nach "Heat Exchange Institute") hinterlegt ist. Der Abdampfdruck stellt sich so ein, dass vollständige Kondensation eintritt.

    Im Identifikationsmodus wird der gemessene Abdampfdruck dazu verwendet, das Bauteil im jeweiligen Lastpunkt zu identifizieren, d.h. k*A zu ermitteln. Falls die Berechnung nach "Heat Exchange Institute" selektiert ist, wird der Reinheitsgrad der Kondensatorrohre im Identifikationsmodus berechnet.

    Unabhängig von diesen unterschiedlichen Berechnungsmodi gibt es auch für die Vorgabe des Kühlmediums verschiedene Varianten: entweder man gibt die Kühlwassermenge vor, und Ebsilon berechnet die Kühlwasseraustrittstemperatur, oder umgekehrt. Die  Kühlwassermenge kann dabei von außen (als Startwert oder Messwert auf der Anschlussleitung 1) vorgegeben, oder als fest (gleich dem Spezifikationswert M1N) angenommen werden. Der Schalter FSPECD ermöglicht folgende Auslegungsmöglichkeiten:

    Da die abzuführende Wärmemenge durch die Vorgabe der Dampfparameter feststeht, wird in den ersten drei Fällen der Kühlwassermassenstrom und im letzten Fall die Kühlwasseraustrittstemperatur berechnet.

    Eine Unterkühlung des Kondensats ist nicht vorgesehen, dies kann aber durch Einfügen eines Nachkühlers (Bauteil 27) modelliert werden. Wärmeverluste an die Umgebung können über einen bezogenen Verlustfaktor vorgegeben werden.

    Da der Kondensatordruck in der Praxis nicht nur durch die Kühlwasserparameter, sondern auch durch das Evakuierungssystem nach unten begrenzt ist, ist die Vorgabe eines minimalen Kondensatordrucks sinnvoll. Dies kann mit Hilfe des Schalters FP3MIN wahlweise erfolgen durch

    Als Alternative zum Anpassungspolynom kann eine EbsScript-Funktion im Vorgabefeld EADAPT verwendet werden (siehe Kernelexpressions, Kapitel 3.2).

    Bei Verwendung der HEI-Methode ist die Validierung des Vorgabewerts für den Reinheitsgrad der Rohre (Parameter CLTUBE) möglich.

     

    Für weitere allgemeine Informationen mit Bezug zu den meisten üblichen Wärmetauschern siehe Wärmetauscher, allgemeine Anmerkungen, und ein Vergleich der Wärmetauschertypen in EBSILON findet sich im Kapitel Wärmetauscher, allgemeine Bauteile.  

    Schalter FSPECPD

    In Release 13 besteht die Möglichkeit, den Auslegungsdruck (und auch den Startwert für die innere Iteration bei Teillast) im Bauteil als Vorgabewert P3N vorzugeben.
    Die Vorgabe wird über den Schalter FSPECPD gesteuert (siehe dazu Vorgabewerte).

    Schalter FDQLR

    In Release 13 besteht die Möglichkeit, mit dem Schalter FDQLR einzustellen, wie DQLR (Faktor zur Modellierung von Wärmeverlusten) interpretiert werden soll.

     

    Externe Vorgabe des Druckes des Nebenkondensats

    Da sich das Nebenkondensat auf dem gleichen Druckniveau befindet wie das Kondensat, ist es bei der Modellierung erforderlich,  auf der Nebenkondensatleitung ein Regelventil oder einen Kondensomaten einzubauen, um den Druck auf das Kondensatorniveau herabzusetzen.

    Zur Vereinfachung der Modellierung gibt es einen Modus „P5 von außen gegeben“, der mit dem Schalter FP5 eingestellt werden kann. Dieser Modus ermöglicht, am Anschluss 5 eine Leitung mit einem höheren Druck anzuschließen. Innerhalb des Bauteils wird das Nebenkondensat dann auf den Kondensatordruck abgesenkt. Das Ergebnis ist dasselbe wie bei einem externen Regelventil.

    Dieser Modus ist die Standardeinstellung für neu eingefügte Bauteile. Bei vorhandenen Schaltungen wird FP5 auf „P5=P3“ gestellt.

     

    Bypass-Modus

    Beim Kondensator gibt es einen Schalter FFU, mit dem das Bauteil ausgeschaltet werden kann. Während bei anderen Wärmetauschern „ausschalten“ bedeutet, dass keine Wärme übertragen wird, ist dies beim Kondensator nicht so einfach möglich, da bei diesem eine bestimmte Dampfmenge zugeführt wird, die ohne Wärmeabgabe nicht kondensiert werden kann. Ein ausgeschalteter Kondensator benötigt deshalb einen zusätzlichen Ausgang für den nicht kondensierten Dampf (Bypass-Dampf). Aus diesem Grunde wurde beim Kondensator ein Anschluss 7 für den Bypass-Dampf ergänzt.

    Für FFU=0 („aus“) wird dann der gesamte eintretende Dampf unverändert (ohne Druck- und Wärmeverlust) über diesen Bypass ausgegeben. Die Kondensatmenge ist 0. Auf der kalten Seite findet keine Wärmezufuhr statt. Der Druckverlust wird jedoch berücksichtigt.

    Eine Auslegung des Kondensators ist im Bypass-Betrieb nicht möglich, ebensowenig die Vorgabe der Kühlwasseraustrittstemperatur (FSPEC=1).

    Im Bypass-Betrieb wird der Kondensator-Druck nicht vom Kondensator berechnet, sondern muss von außen gegeben werden. Die Vorgabe kann auf der Bypass-Leitung, der Dampfzufuhr-Leitung oder der Kondensat-Leitung erfolgen.

     

    Identifikationsmodus

    Es wurde analog zu anderen Bauteilen auch für den Kondensator ein Schalter FIDENT eingeführt. (Veraltet : Es gab es einen gemeinsamen Schalter FSPEC, mit dem sowohl der Identifikationsmodus (P3-Vorgabe) als auch die Kühlwasserspezifikation gesteuert wurde).  

    Der Schalter FIDENT hat die Einstellungen

    • 0: keine Identifikation
    • 3: Identifikation von KA durch Vorgabe der Dampfdrucks P3

    Für die Kühlwasserspezifikation gibt es einen Schalter FSPECM mit folgenden Einstellungen:

    • 0: konstanter Kühlwassermassenstrom M1 = M1N, Kühlwasseraustrittstemperatur T2 wird berechnet
    • 1: Vorgabe der Kühlwasseraustrittstemperatur T2, Kühlwassermassenstrom M1 wird berechnet
    • 2: Vorgabe des Kühlwassermassenstroms M1, Kühlwasseraustrittstemperatur T2 wird berechnet
    • 3: wie 2, jedoch wird für T2 eine Gleichung verwendet, so dass eine Validierung von T2 möglich ist
    • 4: wie 3, jedoch mit Verwendung der Fourier-Gleichung LMTD*KAN-M1*(H2-H1)=0

    Damit sich das Verhalten vorhandener Schaltungen nicht ändert, kann auch weiterhin der Schalter FSPEC verwendet werden. In diesem Fall werden die Einstellungen für FIDENT und FSPECM ignoriert.

     

    Logikeingang (Anschluss 6) 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 (oder CLTUBE), Dimension: Enthalpie).

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

     

    Behandlung von Gemischen

    Da bei Verwendung des Bauteils 7 mit einer Leitung vom Typ Zweiphasenfluid auch die Möglichkeit besteht, Gemische auswählen (in der Refprop-Bibliothek), wurde Bauteil 7 auch dazu ertüchtigt, Gemische korrekt zu behandeln. Diese Funktionalität war nur in Bauteil 107 (Kondensator für binäre Gemische) verfügbar.

    Da Bauteil 107 dadurch überflüssig geworden ist, wurde es als „obsolet“ gekennzeichnet. Aus Kompatibilitätsgründen bleibt es natürlich weiterhin verfügbar, so dass alte Schaltungen weiterhin mit Bauteil 107 berechnet werden können. Eventuelle zukünftige Erweiterungen werden jedoch nur noch in Bauteil 7 implementiert, daher wird die Verwendung von Bauteil 7 empfohlen.

    Hinweis für den Fall eines überhitzten heißen Mediums:

    Dieses Bauteil geht davon aus, dass das zu kondensierende Medium nicht mehr enthitzt werden braucht bzw. der Einfluss der Enthitzung auf die Temperaturverhältnisse vernachlässigbar ist. Bei Beaufschlagung mit einem überhitzten Medium wird die Energiebilanz weiterhin korrekt behandelt. Als für das Fourier-Gesetz relevante Temperatur wird jedoch die Taupunktstemperatur verwendet.

    Die Vorgabe einer negativen Grädigkeit ist möglich, allerdings kann dann KAN nicht mehr korrekt berechnet werden. Es wird dann eine Warnung ausgegeben. Falls die negative Grädigkeit so hoch ist, dass es zu einer Verletzung des 2. Hauptsatzes der Thermodynamik käme, wird eine Fehlermeldung ausgegeben.

    Um eine genauere Modellierung der Kondensation eines überhitzten Mediums zu haben, wurde der Enthitzer für die Verwendung von binären Gemischen ertüchtigt (Bauteil 43).

     

    Universalfluid

    Für das zu kondensierende Medium kann auch der Leitungstyp Universalfluid verwendet werden. Ein Beimischung von Nebenkondensat ist dann aber nur möglich, wenn dieses in Zusammensetzung und verwendeten Bibliotheken mit dem zu kondensierenden Medium übereinstimmt 

     

    Hinweis: Beim Kondensator kann auch eine Thermoflüssigkeit oder Rauchgas als Kühlmedium verwendet werden.

    Hinweis zu den Ergebniswerten

    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. 

     

    Transiente Modellierung

    Das Bauteil 7 ermöglicht auch die Modellierung des Turbinenkondensators im transienten Fall. Dazu kann der Schalter FINST verwendet werden. Es wird ein thermodynamisches Gleichgewicht zwischen der flüssigen und der gasförmigen Phase im Kondensat-Hotwell angenommen.

    Für die transiente Berechnung ist die Spezifikation der geometrischen Details des Wärmetauschers erforderlich. Die Angaben zur Geometrie der Rohre gibt es bereits für die HEI-Methode. Die transiente Modellierung erfordert zusätzlich die geometrischen Angaben zum Gehäuse / Mantel. 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 FMTUBE, FMSHELL) oder vom Benutzer vorgegeben werden.

    Der Wärmeaustausch zwischen dem Medium und der Rohr- bzw. Mantel-Wand bzw. Temperaturentwicklung in den Wänden in der Zeit werden auch berücksichtigt. Hierzu werden der numerische und analytische Algorithmus aus im  Bauteil 126 verwendet. Das Bauteil 7 nutzt das Kombinierte analytische und numerische Modell für die Berechnung der Wandtemperatur.

    Für die Berechnung der Wärmeübertragungskoeffizienten (ALPH12, ALPH34) hat der Benutzer die Wahl zwischen den in VDI Wärmeatlas verfügbaren Formeln und eigenen Angaben, auch z.B. in Form einer Benutzer-Funktion (EALPH12, EALPH34).

    Mit den Wärmeübertragungskoeffizienten (ALPH12, ALPH34) und der Wärmeleitfähigkeit des Rohrwerkstoffes (LAMBDA) kann der Wärmedurchgangskoeffizient Ktheo wie folgt berechnet werden

    Mit ro, ri Außen- und Innenradius des Rohres. Mittles des Wärmedurchgangskoeffizients Ktheo, der Wärmeaustauschfläche A und dem Wärmekapazitätstrom W berechnet als das Produkt des Massenstroms m und der Wärmekapazität CP kann der Wert von NTU wie folgt berechnet werden

     

    Angenomen das Rührkesselmodell (VDI-Wärmeatlas Auflage 11 Kapitel C1) für den Kondensator kann die NTU-Effectiveness-Methode zur Berechnung der übertragenen Wärmemenge wie folgt angewendet werden

     

    Um schließlich die bekannte Wärmetauscher Gleichung (5) anwenden zu können, muss die Wärmeübetragung mittles eines NTU-Effectiveness Korrekturfaktor CORCF (Wert < 1) und des Reinheitsgrads CLTUBE korrigiert werden als 

     

    Der Korrekturfaktor CORCF wird in der Auslegungsrechnung (Design) ermittelt als

     

    und als Nominalwert CORCFN für die Teillastrechnung gespeichert.

     

    Für die stationäre Lösung des Wärmeaustauschs bietet das Bauteil 7 die Wahl zwischen der analytischen und der numerischen Lösung (Schalter FALG). Bei der numerischen Lösung hängt das Ergebnis von der Anzahl der Punkte in Strömungsrichtung (NFLOW) ab.

    Die transiente Massenbilanz berücksichtigt eine Füllstandänderung des Kondensat-Hotwells während des Zeitschritts. Bei der Massenbilanz kann der Benutzer mit dem Schalter FSPIN zwischen der Vorgabe des Füllstands oder des Massenstroms M4 entscheiden. Der berechnete Füllstand wird als Volumenanteil der flüssigen Phase am Volumen zwischen den Werten von VMIN und VMAX an den Anschluss 6 als Massenstrom M6 ausgegeben.

    In den Matrizen MXTSTO und RXTSTO sind die Temperaturen in Außenwand und Innenwand und in beiden Fluiden abgelegt. Die Verteilung der Werte in den Wänden und in 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 Bauteil 7.

    Die Aufteilung in Y-Richtung in der Matrix entspricht der Anzahl NFLOW (verwirrend, eigentlich ist die Strömungsrichtung die X-Richtung). Dadurch, dass im BT 7 nur das reduzierte Modell verwendet wird (kein 2-D-Gitter mit Crank Nicolson), gibt es nur eine Zelle in Wandnormaler Richtung (entspricht X-Richtung in der Matrix). Daher gibt es in X-Richtung genau vier Zellen: Fluid12, Brückenwand (Rohrwand), Fluid34, Außenwand (Mantel).

     

    Vorgabewerte

    FINST

    Schalter Instationaritätsmodus

    0: instationäre Lösung (Zeitreihe oder Einzelberechnung)
    1: immer stationäre Lösung

    FFU

    Schalter Bauteil An / Bauteil Aus=0: Aus (warme Seite Bypass, kalte Seite mit Druckverlust)
    =1: An

    FIDENT

    Komponentenidentifikation

    =0: keine Identifikation
    =3: Identifikation von KA durch Vorgabe des Dampfdrucks P3

    FSPECD

    Vorgaben (im Design) für die Temperaturen der kalten Seite

    =0: DT3S2N verwenden
    =1: DT21N verwenden
    =2: T2 von außen gegeben
    =3: M1 von außen gegeben

    DT3S2N

    Obere Grädigkeit (nominal): T3s - T2

    DT21N

    Kühlmedium-Aufwärmspanne (nominal)

    FSPECPD

    Auslegungs-Vorgabe für Dampfdruck

    =0:  Auslegungs-Dampfdruck gegeben durch Vorgabewert P3N
           (Der Vorgabewert P3N wird im Auslegungsfall als Kondensatordruck und in Teillast als Startwert für Druckberechnung verwendet.
           Wenn zusätzlich eine Druckvorgabe auf der Leitung erfolgt, wird eine Doppelnennung gemeldet.)

    =1:  Auslegungs-Dampfdruck von außen gegeben
           (Im Auslegungsfall wird der auf der Leitung gegebene Druck als Kondensatordruck verwendet und bei der anschließende Übernahme der 
           Referenzwerte in P3N gespeichert.
           Im Teillastfall wird dann P3N als Startwert für Druckberechnung verwendet. Wenn in Teillast zusätzlich eine Druckvorgabe auf der Leitung erfolgt,
           wird eine Doppelnennung gemeldet.)

    =-1: Auslegungs-Dampfdruck von außen gegeben (in Teillast als Startwert)
           (Der auf der Leitung gegebene Druck wird im Auslegungsfall als Kondensatordruck und in Teillast als Startwert für Druckberechnung verwendet.
           Die Vorgabe auf der Leitung führt zu keiner Doppelnennungsmeldung, auch wenn der Druck durch den Kondensator bestimmt wird.
           (Dieser Fall entspricht dem Verhalten bis Release 12.)

    P3N

    Vorgabe für Dampfdruck (nominal)

    FSPECM

    Art der Kühlwasserberechnung in Teillast (nominal)

    =0: M1=M1N (konstant), T2 berechnet und P3 berechnet (k*A verwendet)
    =1: T2 von außen gegeben, M1 berechnet und P3 berechnet (k*A verwendet)
    =2: M1 von außen gegeben, T2 berechnet und P3 berechnet ((k*A verwendet)
    =3: M1 von außen gegeben, T2 validierbar berechnet und P3 berechnet ((k*A verwendet)
    =4: wie 3, mit Fourier-Gleichung LMTD*KAN-M1*(H2-H1)=0

    FDP12

    Vorgabe Berechnung des primärseitigen Druckverlustes

    =0: DP12N (kann auch in Kombination mit FHEI<>0 verwendet werden)
    =1: HEI-10 Methode (kann auch in Kombination mit FHEI=0 verwendet werden)

    DP12N

    Druckverlust, kalte Seite, Leitung 1 bis 2 (nominal)

    DP34N

    Druckverlust, warme Seite, Leitung 3 bis 4 (nominal)
    FDPNUM

    Druckverlusthandhabung in der numerischen Lösung

    = 0: Benutzen des mittleren Fluiddruckes zwischen Ein- und Austritt
    = 1: Benutzen einer linearen Druckverteilung zwischen Ein- und Austritt,  entsprechende Druckwerte in den einzelnen NFLOW Fluidelementen

    FP5

    Drosselung des Nebenkondensats

    =0: Keine Drosselung (P5=P3)
    =1: Drosselung an Anschluss 5 (P5 von außen gegeben)

    FP3MIN

    Definition Mindest-Kondensatordruck

    =0: Definition Vorgabewert (P3MIN)
    =1: Anpassungsfunktion (EP3MIN)
          function evalexpr:REAL;
          begin
          evalexpr:=0.01;
          end;

    P3MIN

    Minimaler Kondensatordruck

    EP3MIN

    Anpassungsfunktion für minimalen Kondensatordruck

    TOL

    Genauigkeit der Energiebilanz 
    0,01

    FDQLR

    Schalter für Wärmeverlust - Handhabung

    =0: konstant (DQLR*QN in allen Lastfällen)
          DQLR wird in allen Lastfällen auf den Auslegungswert QN bezogen (der im Auslegungsfall gleich der vom heißen Strom abgegebenen Wärmemenge ist),    
          hat also in allen Lastfällen einen konstanten Wert.
          Wenn dieser Wert allerdings 10% der vom heißen Strom abgegebenen Wärmemenge überschreitet, wird der Wärmeverlust auf diesen Wert begrenzt und
          eine Warnung ausgegeben.

    =1: relativ zum tatsächlichen Wärmeeintrag (DQLR*Q354)
          DQLR wird auf die vom heißen Strom abgegebenen Wärmemenge bezogen. Wenn man die entsprechende Warnung ignoriert, können hier auch Verluste
          von mehr als 10% modelliert werden.

    DQLR

    Wärmeverlust durch Abgabe an die Umgebung  (relativ zum abgebenden Strom)

    FHEI

    Schalter für Berechnungsmodus "Kennlinie bzw. Adaptionspolynom", nach "Heat Exchange Institute" oder anderen Methoden

    =0: Nein, Berechnung mit hinterlegter Kennlinie oder Adaptionspolynom
    =1: HEI 6, Berechnung nach der Methode des "Heat Exchange Institute" 6 ("VDI Energietechnischen Arbeitsmappe 2000, Kapitel 8.2" )
    =10: HEI 10, Berechnung nach der Methode des "Heat Exchange Institute" 10th Edition
    = 20: Alpha- und Lambda-Werte gemäß FALPH und FMTUBE verwenden. Der Wärmedurchgangskoeffizient K wird aus einzelnen Wärmeüberganskoeffizienten (Alpha kalte und warme Seite) und dem Lambda-Koeffizienten der Rohre berechnet. Die Flags FALPH und FMTUBE steuern die Berechnung der Koeffizienten.
    =-1: Berechnung nach der Methode des "Heat Exchange Institute" mit benutzerdefinierten Vorgabe-Tabellen

    FMODE

    Schalter für Berechnungsmodus Auslegung/Teillast 

    =0: global
    =1: lokale Teillast (d.h. immer Teillast-Modus, auch wenn global eine Auslegungsrechnung durchgeführt wird)
    =2: spezielle lokale Teillast (Sonderfall zur Kompatibilität mit früheren Ebsilon-Version, sollte in neuen Schaltungen nicht verwendet werden, da Ergebnisse
          zu echten Teillastrechnungen nicht konsistent sind)
    =-1: lokale Auslegung (d.h. immer Auslegungs-Modus, auch wenn global eine Teillastrechnung durchgeführt wird)

    FFLOW

    Flussrichtung (zur Zeit ohne Funktion)

    FSPEC
    (veraltet)

     

    		 Kombinierter Schalter veraltet    

    =-999: nicht verwendet (stattdessen FSPECM und FIDENT)

    veraltet:

    =0: keine Vorgaben, M1=M1N, T2 und P3 berechnet (k*A verwendet)
    =1: T2 gegeben, M1 und P3 berechnet (k*A verwendet)
    =2: M1 gegeben, T2 und P3 berechnet (k*A verwendet)
    =6: M1 gegeben (validierbar) , T2 und P3 berechnet (k*A verwendet)
    =7: Wie 6, mit Fourier-Gleichung LMTD*KAN-M1*(H2-H1)=0

    Identifikationsmodi (Kennlinien und Anpassungspolynom werden ignoriert, k*A aus den Messwerten ermittelt):

    =3: T2 und P3 gegeben, M1 berechnet, Identifikation von k*A oder Reinheitsgrad CLTUBE (HEI)
    =4: P3 gegeben, M1=M1N, Identifikation von k*A oder Reinheitsgrad CLTUBE (HEI)
    =5: M1 und P3 gegeben, T2 berechnet,  Identifikation von k*A oder Reinheitsgrad CLTUBE (HEI)

    Im Auslegungsfall hat dieser Schalter keine Bedeutung.

    Der Modus FSPEC=6 bietet eine verbesserte Weiterreichung der Unsicherheiten ("Fehlerfortpflanzung") im Validierungsmodus durch Hinzunahme weiterer partieller Ableitungen in das Gleichungssystem. Insbesondere wird eine partielle Ableitung nach KAN berücksichtigt, falls der Wert über eine Pseudomessstelle auf einer externen Logikleitung vorgegeben wird.

    FADAPT

    Schalter für zur Verwendung des Anpassungspolynom /Anpassungsfunktion

    =0: Nicht verwendet und nicht ausgewertet
    =1: Korrekturfaktor für k*A [KA = KAN * Kennlinienfaktor (oder HEI-Ergebnis) * Polynom]
    =2: Berechnung des k*A [KA = KAN * Polynom]
    =3: Berechnung des Kondensatordrucks P3 [P3 = P3N * Polynom]
    =1000: Nicht verwendet, aber ADAPT ausgewertet als RADAPT (Reduzierung der Rechenzeit)
    =-1: Korrekturfaktor für k*A [KA = KAN * Kennlinienfaktor (oder HEI-Ergebnis) *Anpassungsfunktion]
    =-2: Berechnung des k*A [KA = KAN * Anpassungsfunktion]
    =-3: Berechnung des Kondensatordrucks P3 [P3 = P3N * Anpassungsfunktion]
    =-1000: Nicht verwendet, aber EADAPT ausgewertet als RADAPT (Reduzierung der Rechenzeit)

    Der vorgegebene Mindestdruck (P3MIN) wird auch im Modus FADAPT=3 bzw. -3 eingehalten.

    EADAPT

    Anpassungsfunktion (Eingabe einer Funktion)

    FVALKA

    Validierung von k*A (nur in Teillast)

    =0: KAN verwendet ohne Validierung
    =1: Veraltet : Durch IPS bezeichnete Pseudomessstelle verwendet (validierbar)
    =2: KAN (oder CLTUBE) gegeben als Enthalpie auf Regeleingang

    FTUBGEOM

    Vorgabe Rohrgeometrie (HEI)

    =0: DTUBEIN und DTUBEOU verwenden
    =1: DTUBEIN und BWG verwenden
    =2: DTUBEOU und BWG verwenden
    =3: DTUBEIN und DWALL verwenden
    =4: DTUBEOU und DWALL verwenden

    FTUBMAT

    		 Rohrmaterial, Auswahl aus einer Liste (HEI) 

    0:   CuZn28Sn
    1:   SB-Cu
    2:   Aluminium
    3:   CuZn20Al
    4:   CuAl5As
    5:   Muntzmetall
    6:   CuNi10Fe
    7:   CuNi30Fe
    8:   Kohlenstoffstahl
    9:   X10Cr13
    10: X5CrNi189
    11: X5CrNiMo1812
    12: X8Cr17
    13: Titan

    FTUBMAT10

    Rohrmaterial, Auswahl aus einer Liste (HEI)
    0:   Cu Fe 194
    1:   Arsenical Cu
    2:   Admirality
    3:   Al Brass
    4:   Al Bronze
    5:   Carbon Steel
    6:   Cu Ni 90-10
    7:   Cu Ni 70-30
    8:   SS (UNS S43035)
    9: Titanium Grades 1 & 2
    10:   SS (UNS S44660)
    11:   SS (UNS S44735)
    12: SS TP 304
    13: SS TP 316/317
    14: SS (UNS N08367)

    NTUBE

    Anzahl der Rohre (HEI)

    ATUBE

    gesamte äußere Oberfläche der Rohre (HEI)

    DWALL

    Rohrwanddicke (HEI)

    BWG

    Dimensionslose Vorgabe Rohrwanddicke mittels BWG (HEI)

    DTUBEIN

    Rohrinnendurchmesser (HEI)

    DTUBEOU

    Rohraußendurchmesser (HEI)

    NPASS

    Zahl der Wasserwege (HEI 6, FDP12=1)

    TUBEVEL

    Mittlere Strömungsgeschwindigkeit im Rohr (HEI 10, FDP12=1, nur bei Auslegung)

    TUBELEN

    Rohrlänge pro Wasserweg (wenn FDP12=1), relevant für die Druckverlustberechnung nach (HEI)

    CLTUBE

    Reinheitsgrad (HEI)

    IPS

    Index für Pseudomessstelle

    KAN

    		 k*A (Wärmeübergangskoeffizient * Fläche , nominal) - Wärmeübertragungsfähigkeit im Auslegungspunkt

    M1N

    Massenstrom kalte Seite bei Nennlast (nominal)

    M3N

    Massenstrom warme Seite bei Nennlast (nominal)

    QN

    Kondensatorleistung bei Nennlast (nominal)

    AN

    Wärmeübertragungsfläche bei Nennlast (nominal, wenn FHEI=10 oder FHEI=-1)

    VM12N

    Mittlerer primärseitiger Volumenstrom bei Nennlast (wenn FHEI<>0)
    CORCFN NTU-Effectiveness-Korrekturfaktor bei Nennlast (nur im Designfall neu berechnet)
    FALG

    Schalter Wärmeaustauschberechnungsalgorithmus (stationäre Lösung)

    0: analytisch

    1: numerisch
    FBUNDL

    Schalter Rohrbündelvorgabe

    0: NTUBE, NPASS und ATUBE verwenden

    1: NTUBE, NPASS und TUBELEN verwenden
    FSURF

    Schalter Verwendung der Wärmeaustauschfläche (nur Design)

    0: den vorgegebenen oder berechneten ATUBE benutzen, CLTUBE berechnen

    1: CLTUBE verwenden, AN berechnen
    FVEL

    Schalter Verwendung der Geschwindigkeit im Rohr

    0: UW berechnet aus der Rohrgeometrie und dem aktuellen Volumenstrom

    1: UW berechnet aus TUBEVEL, VM12N und dem aktuellen Volumenstrom
    FINIT

    Anfangszustand

    =0: GLOBAL

    =1: Erster Durchlauf

    =2: Folgedurchlauf
    SHEIG Mantelhöhe
    SLENG Mantellänge
    SWIDT Mantelweite
    SWALLT Mantelwandstärke
    THISO Dicke der Isolierung
    FMTUBE

    Stahlsorte der Rohre siehe Stoffeigenschaften Stahl

    -1 : Eigenschaften berechnet aus Kernelexpression ERHOT, ELAMT, ECPT
    ERHOT Funktion für Dichte des Rohrmaterials
    ELAMT Funktion für Wärmeleitfähigkeit des Rohrmaterials
    ECPT Funktion für Wärmekapazität des Rohrmaterials
    FMSHELL

    Stahlsorte des Mantels siehe Stoffeigenschaften Stahl

    =-1 : Eigenschaften berechnet aus Kernelexpression ERHOS, ELAMS, ECPS
    ERHOS Funktion für Dichte des Materials
    ELAMS Funktion für Wärmeleitfähigkeit des Materials
    ECPS Funktion für Wärmekapazität des Materials
    LAMISO Wärmeleitfähigkeit Isolierung
    FALPH12

    Schalter Bestimmung Alpha von Fluid 12 zur Wand

    0: Gemäß Formeln VDI Wärmeatlas Auflage 11 Kapitel G1

    1: aus konstantem Wert AL12N

    2: aus Kernelexpression EALPH12
    AL12N Wärmeübergangskoeffizient kalte Seite (nom.)
    EALPH12 Kernelexpression für ALPH12
    FALPH34

    Schalter Bestimmung Alpha von Fluid 34 zur Wand

    0: Gemäß Formeln VDI Wärmeatlas Auflage 11 Kapitel J1

    1: aus konstantem Wert AL34N

    2: aus Kernelexpression EALPH34
    AL34N Wärmeübergangskoeffizient warme Seite (nom.)
    EALPH34 Kernelexpression für ALPH34
    FALPHO

    Ermittlung von alpha außen

    0: aus Vorgabewert ALPHO

    1: aus Funktion EALPHO
    ALPHO Äußerer Wärmeübergangskoeffizient (zur Umgebung)
    EALPHO Kernelexpression für EALPH34
    FSPIN

    Schalter Instationärer Bilanzberechnungsmodus

    0: Flüssigkeitslevel gegeben, Massenströme berechnet

    1: Massenströme gegeben, Flüssigkeitslevel berechnet
    VF Mittlerer flüssiger Volumentanteil (Flüssigkeitslevel) während des Zeitschritts
    VMIN Volumen bei Anteil flüssigen Volumens von 0
    VMAX Volumen bei Anteil flüssigen Volumens von 1
    FLVCALC

    Berechnungsmodus für Flüssigkeitsvolumen

    0: linear zwischen VMIN und VMAX

    1: ELV verwenden
    ELV Funktion zur Berechnung des Flüssigkeitsvolumens
    NFLOW Anzahl der (Gitter-)Punkte in Strömungsrichtung (max.100)
    FNUMSC

    Numerisches Schema

    0: Upwind-Verfahren (höhere Stabilität)

    1: Zentral-Differenzen (höhere Genauigkeit)
    TMIN Untergrenze für Speichertemperatur
    TMAX Obergrenze für Speichertemperatur
    FSTAMB

    Definition der Umgebungstemperatur

    0: durch Vorgabewert TAMB

    1: durch Referenztemperatur (Bauteil 46) definiert
    TAMB Umgebungstemperatur

     

    Die blau markierten Parameter sind Referenzparameter für den Teillastmodus, die von Ebsilon im Auslegungsmodus berechnet werden. Die Ist-Teillastwerte beziehen sich in den verwendeten Gleichungen auf diese Parameter.

    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 

    Ergebniswert (seit Release 11)

    KOHEI                       der nicht korrigierte Wärmedurchgangskoeffizient (k-Wert) entsprechend der HEI-Methode

    Kennlinien (wenn FHEI=0)

    Es gibt zwei Kennlinien, die den Einfluss des Primärmassenstroms bzw. den Einfluss des Sekundärmassenstroms auf k*A beschreiben.

    Der gesamte Korrekturfaktor für k*A ergibt sich durch Multiplikation der beiden Einflussfaktoren.

    1. Kennlinie   CKAM1  FK1 = f (M1/M1N)
    2. Kennlinie   CKAM3  FK2 = f (M3/M3N)
     
    Gesamt: (k*A) / KAN = FK1 * FK2

    Zu unterscheiden sind diese beiden Fälle:

    1. Eindimensionaler Zustandsraum
    Dieser ist dadurch gekennzeichnet, dass zu jedem M1 ein M3 gehört.
    In diesem Fall wird die zweite Kennlinie (CKAM3) nicht benötigt, d. h. alle Werte für FK2 bzw. CKAM3 sind auf 1,0 zu setzen.

    2. Komplexere Fälle
    Hier gehören zu einem bestimmten M1 unterschiedliche M3.
    In diesem Fall sind beide Kennlinien (CKAM1 und CKAM3) zu benutzen.

    Kennlinie 1 CKAM1 :  (k*A)-Kennlinie :  (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 CKAM3 :  (k*A)-Kennlinie :  (k*A)2/(k*A)N = f (M3/M3N)

        X-Achse   1        M3/M3N                 1. Punkt
                        2        M3/M3N                 2. Punkt
                        .
                        N        M3/M3N                 letzter Punkt
       Y-Achse    1        (k*A)2/(k*A)N          1. Punkt
                        2        (k*A)2/(k*A)N          2. Punkt
                        .
                        N        (k*A)2/(k*A)N          letzter Punkt  

     

    Vorgabewertmatrizen

    MXHTCOEFF :     Wärmedurchgangskoeffizient (k-Wert) in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit im Rohr und vom Rohrdurchmesser nach HEI 10

    MXTCORR :          Korrekturfaktor zum Wärmedurchgangskoeffizient in Abhängigkeit von der Kühlwassereintrittstemperatur nach HEI 10

    MSMCORR:          Korrekturfaktor zum Wärmedurchgangskoeffizient in Abhängigkeit vom Rohrmaterial und der Rohrwandstärke nach HEI 10

    MXHTCOEFFUD:  Wärmedurchgangskoeffizient (k-Wert) in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit im Rohr und vom Rohrdurchmesser - benutzerdefiniert

    MXTCORRUD:      Korrekturfaktor zum Wärmedurchgangskoeffizient in Abhängigkeit von der Kühlwassereintrittstemperatur - benutzerdefiniert

    MSMCORRUD:     Korrekturfaktor zum Wärmedurchgangskoeffizient in Abhängigkeit vom Rohrmaterial und der Rohrwandstärke - benutzerdefiniert

     

    Berechnungsmethode nach "Heat Exchange Institute 6th Edition" (wenn FHEI=1)

    Der Berechnung von KA erfolgt nach der Methode des "Heat Exchange Institute", welche in der "VDI Energietechnischen Arbeitsmappe 2000, Kapitel 8.2" beschrieben ist.

    Berechnung von KA :
    KA = k * ATUBE

    Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten k :  
    k = 6.47878 * (441.325mm-DTUBEAU)*SQRT(UW)*CT*CM*CLTUBE     in W/(m * K * mm)

    Berechnung der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers :
    UW = DX(1)/(RHOW*NTUBE*3.141592*(DTUBEIN/2)**2)  

    Berechnung der spezifischen Dichte des Kühlwassers aus dem spezifischen Volumen :
    RHOW = 1./ SPEZVOL(PX(1),TX(1))

    Korrekturfaktor für Kühlwassereintrittstemperaturen, die verschieden von 21 °C sind :
    CT = 1.395-EXP(-TX(1)/22.61°C) - (TX(1)-21°C)/166°C     (für 5°C<TX(1)<40°C)

    Korrekturfaktor für andere Rohrwanddicken als 1.24 mm und andere Rohrmaterialien als CuZn28Sn :
    CM (gemäß Tabelle in der VDI Energietechnischen Arbeitsmappe)

    Wirksame Kühlrohrlänge:
    LTUBEFF = (RHOW*CPW*UW*DTUBEIN**2 ) / (4*ZW*k*DTUBEOU)
                       * LOG((TSAT(3)-TX(1))/(TSAT(3)-TX(2)))

    Berechnung der spezifischen Wärme des Kühlwassers
    CPW = CPW(PX(1),TX(1)) 

     

     

    Berechnungsmethode nach "Heat Exchange Institute 10th Edition" (wenn FHEI=10 oder FHEI=-1)

    Die Berechnung von KA erfolgt nach der Methode des "Heat Exchange Institute", welche in der "HEI Steam Surface Condensers 10th Edition Chapter 4 Condenser Performance" beschrieben ist

    Berechnung der Wärmeübertragungsfähigkeit  KA :
    KA = k * AN


    Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten k :  
    k = K0HEI*CT*CM*CLTUBE     

    Der unkorrigierte k-Wert K0HEI wird aus der Vorgabematrix MXHTCOEFF (FHEI=10) oder MXHTCOEFFUD (FHEI=-1) in Abhängigkeit vom Rohrdurchmesser und der Strömungsgeschwindigkeit im Rohr ermittelt:
    K0HEI = f(DTUBEAU,TUBEVEL)  

    Der Korrekturfaktor für die Kühlwassereintrittstemperatur wird aus der Vorgabematrix MXTCORR (FHEI=10) oder MXTCORRUD (FHEI=-1) in Abhängigkeit von der Kühlwassereintrittstemperatur ermittelt:
    CT = f(T1)

    Der Korrekturfaktor für das Rohrmaterial und für die Rohrwanddicke wird aus der Vorgabematrix MXMCORR (FHEI=10) oder MXMCORRUD (FHEI=-1) in Abhängigkeit von der Kühlwassereintrittstemperatur ermittelt:
    CM = f(FTUBMAT10, DWALL oder BWG)

                    TSTOdes primärseitigen Druckverlustes (FDP12=1) erfolgt in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit im Rohr, der Rohrlänge pro Wasserweg und der Anzahl der Wasserwege:
    DP12 = f(TUBEVEL,TUBELEN,NPASS)      
    Diese Berechnung wird mit dem Flag FDP12 gesteuert und kann unabhängig von der Berechnung von KA aktiviert werden (FDP12=1 funktioniert auch dann, wenn FHEI=0 ist)

     

    Verwendete Physik

    Gleichungen

    Nennlastfall (Simulationsschalter: GLOBAL=Nennlast und FMODE=GLOBAL)

     

    P2 = P1 - DP12N                                           
    P4 = P3 - DP3N                                            
    P5 = P3                                                         

    M2 = M1                                                      
    M4 = M3 + M5                                             

    T3S = fsat (P3)
    T2 = T3S - DT3S2N
    H2 = H(P3, T3S)                                            

    T4S = fsat(P4)
    T4 = T4S
    H4 = fsat(P4)                                                 
    Q3 = M3*H3
    Q4 = M4*H4
    Q5 = M5*H5
    DQ = (Q3 + Q5 - Q4)*(1-DQLR)
    M1*(H2 - H1) = DQ                                       

    DTL = T4 - T1
    DTU = T3 - T2
    LMTD = (DTU - DTL)/(ln(DTU) - ln(DTL))

    KAN = DQ/LMTD
     

    wenn FHEI<>0, dann {
         Berechnung des Reinheitsgrads CLTUBE nach der Methode des
    "Heat Exchange Institute" durch Vorgabe von KA
    } 

     

    Teillastfall (Simulationsschalter: GLOBAL=Teillast oder FMODE=lokale Teillast)
     

    F1 = (M1/M1N) ** 2     
    P2 = P1 - DP12N * F1                               (1)

    F3 = (M3/M3N) ** 2
    P3 = P4 + DP34N * F3                             (2)
    P5 = P3                                                  (3)

    M2 = M1                                               (4)
    M4 = M3 + M5                                      (5)

    Wenn FHEI=0, dann {
       Fk1   = f (M1/M1N)  aus Kennlinie 1
       Fk2   = f (M3/M3N)  aus Kennlinie 2
            KA = KAN * Fk1 * Fk2
    }
    Wenn FHEI<>0, dann {
            k bzw. KA gemäß "Heat Exchange Institute"
     }

    Beginn der Iteration 

    T4  = fsat(P4)
    H4  = fsat(P4)                                         (7)
    Q12 = (Q3 + Q5 - M4*H4) * (1-DQLR)      (8)
     

    Wenn FSPEC = 0,2,  dann {  

                        H2 = H1 + Q12/M2
                        T2 = f(P2,H2) }

    Wenn FSPEC = 1,  dann {  T2   aus Vorgabe  }

    DTL = T4 - T1
    DTU = T3 - T2
    LMTD = (DTU - DTL)/(ln(DTU) - ln(DTL))
     
    QQ = KA * LMTD
    DQQ = Q12 - QQ
     
    Start der Regula Falsi Methode
    grad = (P4- P4old)/(DQQ - DQQold)
    P4   = P4  - DQQ * grad                            (9)
    Ende der Regula falsi Methode 
     
    DQ = | DQQ/((Q12+QQ)*.5) |

    Wenn DQ < TOL, dann Beendigung der Iteration
                          sonst Fortsetzung der Iteration

    Wenn FSPEC = 0,  dann { M2 = M1 = M1N }                           

    Wenn FSPEC = 1,  dann { M2 = Q12/(H2 - H1)      }             

    Wenn FSPEC = 2,  dann  {M2 = M1 von Startwertsetzer   }

    		  

    Bauteilform

    Form 1

    Form 2

    Form 3

    Form 4

    Beispiel

    Klicken Sie hier >> Bauteil 7 Demo << um ein Beispiel zu laden.

    Siehe auch
    Wärmetauscher

     

     

    Copyright Iqony Solutions GmbH 2024 Erstellt am 05.09.2024

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