Bauteil 71: Wärmetauscher (Durchlaufkessel)

In diesem Thema

Bauteil 71: Wärmetauscher (Zwangsdurchlaufkessel)

Vorgaben

Leitungsanschlüsse
1	Primärseitiger Eintritt (kaltes Fluid, innerhalb der Rohre)
2	Primärseitiger Austritt (kaltes Fluid, innerhalb der Rohre)
3	Sekundärseitiger Eintritt (warmes Fluid, außerhalb der Rohre)
4	Sekundärseitiger Austritt (warmes Fluid, außerhalb der Rohre)

Allgemeines Vorgabewerte Verwendete Physik Bauteilform Beispiel

Allgemeines

Bauteil 71 kann zur Modellierung eines Bensonkessels (Durchlaufdampferzeuger), bestehend aus Economizer, Verdampfer und Überhitzer verwendet werden.

Der Kessel wird modelliert durch

Bauteil 71 festgelegt als Economizer mittels FTYPHX = 1
Bauteil 71 festgelegt als Verdampfer mittels FTYPHX = 2
Bauteil 71 festgelegt als Überhitzer mittels FTYPHX = 3

Die Unterteilung des Kessels in diese drei Bauteile wird für den Auslegungsfall bestimmt. Dass bedeutet, dass im Auslegungsfall in dem Bauteil, das als Überhitzer gekennzeichnet ist, nur Überhitzung stattfindet, in dem Bauteil, das als Verdampfer gekennzeichnet ist, nur Verdampfung stattfindet, und nur Vorwärmung (bis Sättigungszustand) im Economizer stattfindet.

Die einfachste Methode einen Wärmetauscher ohne Ausbau zu deaktivieren ist FFU=off zu setzen. Druckverluste werden dann aber berücksichtigt.

In Teillast sind die Heizflächen für Vorwärmung, Verdampfung und Überhitzung unterschiedlich. Dies bedeutet letztendlich, dass im Economizerbauteil (vorgegeben durch Auslegungsfall) Überhitzung oder Verdampfung auftreten kann. Im Verdampferbauteil (vorgegeben durch Auslegungsfall) kann Überhitzung oder Vorwärmung stattfinden. Und im Überhitzer (ebenfalls durch Auslegung vorgegeben) kann Vorwärmung oder Verdampfung vorkommen.

Die folgenden Fluidkombinationen sind zulässig:

primärseitig Eintritt Austritt

sekundärseitiger Eintritt /Austritt

Wasser Wasser, Dampf

Dampf Dampf

Zweiphasenfluid flüssig Zweiphasenfluid flüssig, Zweiphasenfluid gasförmig

Zweiphasenfluid gasförmig Zweiphasenfluid gasförmig

Salzwasser Salzwasser

Binäres Gemisch Binäres Gemisch

Luft, Rauchgas, Rohgas, Öl, Gas, Benutzerdefiniert, Thermoflüssigkeit

Luft, Rauchgas, Rohgas, Öl, GasBenutzerdefiniert, Thermoflüssigkeit

Luft, Rauchgas, Rohgas, Öl, Gas, Benutzerdefiniert, Thermoflüssigkeit

Modell

Für weitere allgemeine Informationen mit Bezug zu den meisten üblichen Wärmetauschern siehe Wärmetauscher, allgemeine Anmerkungen

Der (k*A)-Wert der Teillastberechnung ergibt sich aus dem (k*A)-Wert der Auslegungsberechnung multipliziert mit einem Korrekturfaktor, der eine konstante Wärmetauscherheizfläche voraussetzt. Die k-Zahlen werden aus den einzelnen Wärmeübergangskoeffizienten und dem Massenstromexponent berechnet.

Strahlungsverluste können mittels eines Verlustfaktors vorgegeben werden.

Druckverluste werden durch einen konstanten Reibungsfaktor ZETAN berücksichtigt.

Mit dem Schalter FFU = off kann das Bauteil ausgeschaltet werden. Es wird dann keine Wärme mehr ausgetauscht, Druckverluste werden jedoch weiter berücksichtigt.

Im Vergleich mit Bauteil 61 ergeben sich folgende wichtige Unterschiede:

Im Auslegungsfall sollte für den Economizer FSPECD= 6 [Economizer, gegeben H2’ (Sattwasser)] gewählt werden. Die Grädigkeit DTN ist nicht erforderlich. H2=H' wird angenommen.

Im Auslegungsfall sollte für den Verdampfer FSPECD= 7 [Verdampfer, gegeben H2=H2'’ (Sattdampf)] gewählt werden. Die Grädigkeit DTN=T4-T1 muss gegeben sein. Der Massenstrom M1=M2 wird berechnet.

Pinchpoint-Verletzungen bei Wärmetauschern

Bis Release 10.0 wurde in Teillast eine Pinchpoint-Verletzung erst nachträglich festgestellt, d.h. es wurde zum jeweiligen Lastfall KA und daraus die übertragene Wärmemenge berechnet und anschließend überprüft, ob diese Wärmemenge überhaupt auf dem richtigen Temperaturniveau übertragen werden kann. Da bei Verdampfung bzw. Kondensation die Temperatur trotz Wärmezufuhr bzw. -abfuhr konstant bleibt, gibt es Fälle, bei denen trotz stimmiger Gesamtbilanz die Wärmeübertragung physikalisch nicht möglich ist. In diesem Fall wurde in Ebsilon eine Fehlermeldung ausgegeben.

Die Berechnung wurde so geändert, dass die übertragene Wärmemenge so weit reduziert wird, wie es physikalisch noch möglich ist, wobei der Mindest-Pinchpoint
in einem Vorgabewert PINPMIN einstellbar ist. Dadurch ergibt sich ein entsprechend reduziertes KA.
Der Anwender wird durch eine Warnmeldung ("KA reduziert zur Vermeidung einer Pinchpoint-Verletzung") darauf hingewiesen und kann dann die Teillast-Kennlinie bzw. den Teillast-Exponenten für KA entsprechend anpassen, so dass die Warnung nicht mehr auftritt. Der Vorteil ist jedoch, dass man in jedem Fall ein physikalisch mögliches Ergebnis erhält.

Darüber hinaus gibt es am Ende der Rechnung noch eine Überprüfung, ob durch gekrümmten Verlauf von Q(T) (bedingt durch signifikante Änderungen von cp in Abhängigkeit von der Temperatur) eine Pinchpoint-Verletzung vorliegt. Dies kann man nachvollziehen, in dem man den Wärmetauscher in einzelne Abschnitte zerlegt.
Dieser Fall kann beispielsweise auftreten, wenn auf der heißen Seite das cp am Eintritt deutlich kleiner als am Austritt ist (etwa bei Dampf, der bei starker Überhitzung ein cp von etwa 2 kJ/kgK hat, knapp über der Siedelinie aber mehr als 5). Das bedeutet, dass dieser Dampf mehr Wärme auf niedrigerem Temperaturniveau bereitstellt als auf hohem. Bei entsprechend kleinen Grädigkeiten kann dies eine Begrenzung für die mögliche Wärmeübertragung sein.
Die QT-Diagramme berücksichtigen die Nicht-Linearität (Krümmung der Kurven) in Bereichen ohne Phasenwechsel.

Der Schalter FSPEC (veraltet) wurde auf zwei Schalter aufgeteilt:

FTYPHX gibt den Typ des Wärmetauschers an
Bauteil 71 kann nur als „Eco“, „Verdampfer“ oder „Überhitzer“, nicht aber als „Allgemeiner Wärmetauscher“ verwendet werden.
FSPECD gibt an, auf welche Weise das Bauteil ausgelegt werden soll

Hinweis:

Beim Laden einer mit Release 11 (oder älter) erstellten Schaltung wird aus dem Wert des Schalters FSPEC die entsprechende Werte für FTYPHX, FSPECD gesetzt und FSPEC auf „leer“ (-999) gesetzt. Die Schaltung ermittelt damit die gleichen Ergebniswerte. Bei Bedarf kann jedoch auch der Schalter FSPEC noch verwendet werden.

Um Unklarheiten zu vermeiden, wurden in den Eingabemasken die Begriffe „Primärseite“ bzw. „Sekundärseite“ durch „kalte Seite“ und „warme Seite“ ersetzt. Die kalte Seite ist der Strom von Anschluss 1 zu Anschluss 2, der aufgewärmt wird. Die warme Seite ist der Strom von Anschluss 3 zu Anschluss 4, der die Wärme abgibt.

Auslegung bei Gleichstrom, siehe Wärmetauscher, allgemeine Anmerkungen

Beim Wärmetauscher (Bauteil 71 ) wurde die Möglichkeit geschaffen, auch bei Gleichstrom (FFLOW=1) eine Auslegung über die obere oder untere Grädigkeit vorzunehmen.

Für den Fall, dass die beiden Eintrittstemperaturen vorgegeben werden, kann die obere Grädigkeit nur iterativ bestimmt werden. In der Regel ist dies jedoch unproblematisch. Falls es in komplexeren Modellen zu Konvergenzproblemen kommt, müsste ein anderer Auslegungsmodus verwendet werden.

Schalter FDQLR

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

Hinweis zu den Ergebniswerten :

Spezifische Wärmekapazität : CP12/CP34

Es wird die mittlere spezifische Wärmekapazität auf der kalten (CP12) und auf der heißen Seite (CP34) als Ergebniswert angezeigt.

Die mittlere spezifische Wärmekapazität ergibt sich aus dem Quotienten der Enthalpiedifferenz und der Temperaturdifferenz.

Wenn keine Temperaturdifferenz vorliegt (beispielsweise im Zweiphasengebiet oder bei ausgeschaltetem Wärmetauscher), ist die Berechnung dieses Quotienten allerdings nicht möglich.
In diesem Fall wird die spezifische Wärmekapazität bei der entsprechenden Temperatur verwendet, sofern diese definiert ist. Andernfalls bleibt der Ergebniswert leer.

Für weitere Informationen zum Vergleich dieses Wärmetauschers mit anderen Wärmetauschern siehe Wärmetauscher, allgemeine Bauteile

Vorgabewerte

FMODE	Schalter für Berechnungsmodus Auslegung/Teillast Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =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-Versionen, sollte in neuen Schaltungen nicht verwendet werden, da Ergebnisse zu echten Teillastrechnungen nicht konsistent sind) = -1: lokale Auslegung
FFU	Schalter Ein/Aus Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Wärmetauscher aus (kein Wärmeübergang, aber Berechnung Druckverluste =1: Wärmetauscher ein
FTYPHX	Art des Wärmetauschers Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck = 1: Economizer = 2: Verdampfer = 3: Überhitzer
FSPECD	Berechnungsmethode im Design-Fall Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck = 1: Untere Grädigkeit (=T4-T1) gegeben als DTN, siehe Wärmetauscher, allgemeine Anmerkungen = 2: Obere Grädigkeit (=T3-T2) gegeben als DTN, siehe Wärmetauscher, allgemeine Anmerkungen = 3: Austrittstemperatur T4 des abgekühlten Stroms als DTN gegeben = 4: Beide Temperaturen des warmen Stroms und eine Temperatur des kalten Stroms auf den jeweiligen Leitungen gegeben = 5: Beide Temperaturen des kalten Stroms und eine Temperatur des warmen Stroms auf den jeweiligen Leitungen gegeben = 6: Vorgabe über Sättigungsbedingungen (H2 ist siedende Flüssigkeit) - nur für FTYPHX=1 = 7: Vorgabe über Sättigungsbedingungen (H2 ist siedende Flüssigkeit) und DTN=T4-T1 - nur für FTYPHX=2 = 8: Vorgabe des erzeugten Dampfmassenstroms (nur beim Verdampfer)
DTN	Temperatureingabe (nominal, jeweils wie bei FSPECD beschrieben) für FSPECD=1, 7: untere Grädigkeit (T4 - T1) für FSPECD=2: obere Grädigkeit (T3 - T2) für FSPECD=3: T4
FDP12RN	Druckverlustbehandlung Leitung 12 Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck = 1: absolut (DP12N= DP12RN) = 2: relativ (DP12N=P1N*DP12RN) = -1: P2 von außen gegeben
DP12RN	Druckverlust 12 (nominal) [absolut oder relativ zu P1]
FDP34RN	Druckverlustbehandlung Leitung 34 Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck = 1: absolut (DP34N= DP34RN) = 2: relativ (DP34N=P3N*DP34RN) = -1: P4 von außen gegeben
DP34RN	Druckverlust 34 (nominal) [absolut oder relativ zu P3]
FDQLR	Schalter für Wärmeverlust - Handhabung Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: konstant (DQLRQN 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 (DQLRQ354) 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 (QL relativ zu Q34)
ALSUPN	Wärmeübergangskoeffizient auf Seite mit überhitztem Dampf (nominal)
AL34N	Wärmeübergangskoeffizient auf Gasseite (nominal)
KEVAECO	Verhältnis k-Verdampfer zu k-Economizer
KSUPECO	Verhältnis k-Überhitzer zu k-Economizer
FVOL	Volumenabhängigkeit vom Druckverlust Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: ohne DP/DPN = (M/MN)*2 =1: mit DP/DPN = V/VN(M/MN)**2
EXSUP	Massenstromexponent von ALSUP ALSUP = ALSUPN(M1/M1N*EX12)
EX34	Massenstromexponent von AL34 AL34 = AL34N(M3/M3NEX34) (1 - (TM34N-TM34)*5E-4/°K)
FFLOW	Strömungsrichtung Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Gegenstrom =1: Gleichstrom
FKAN	KAN Wertung in Teillast Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Verwendung von A =1: Verwendung von KAN
PINPMIN	Mindestwert für den Pinchpoint (KA wird automatisch reduziert, wenn der Pinchpoint kleiner als dieser Wert wird)
FSPEC (veraltet)	Spezifikationen Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck = -999: nicht verwendet (stattdessen FSPECD und FIDENT verwendet) alte Werte: =11: Economizer, Anwender gibt DTN=untere Grädigkeit vor =12: Economizer, Anwender gibt DTN=obere Grädigkeit vor =13: Economizer, Anwender gibt DTN=T4 vor =14: Economizer, Anwender gibt T3,T4 und T1 oder T2 vor =15: Economizer, Anwender gibt T1,T2 und T3 oder T4 vor =16: Economizer, Anwender gibt H2’ (Siedewasser) vor =19: Economizer, Anwender gibt T2=T2sat(P2) vor =21: Verdampfer, Anwender gibt DTN=untere Grädigkeit vor =22: Verdampfer, Anwender gibt DTN=obere Grädigkeit vor =23: Verdampfer, Anwender gibt DTN=T4 vor =24: Verdampfer, Anwender gibt T3,T4 und T1 oder T2 vor =25: Verdampfer, Anwender gibt T1,T2 und T3 oder T4 vor =26: Verdampfer, Anwender gibt H2=H2’ (Sattwasser) vor =27: Verdampfer, Anwender gibt H2=H2’’ (Sattdampf) und DTN=T4-T1 vor =28: Verdampfer, Anwender gibt M2(Sattdampf) vor =31: Überhitzer, Anwender gibt DTN=untere Grädigkeit vor =32: Überhitzer, Anwender gibt DTN=obere Grädigkeit vor =33: Überhitzer, Anwender gibt DTN=T4 vor =34: Überhitzer, Anwender gibt T3,T4 und T1 oder T2 vor =35: Überhitzer, Anwender gibt T1,T2 und T3 oder T4 vor
KAN	K*A (nominal) Wärmeübertragungsfähigkeit im Auslegungspunkt, siehe auch FKAN
QN	Wärmestrom = Q34N
M1N	Primärseitiger Massenstrom (nominal)
M3N	Sekundärseitiger Massenstrom (nominal)
V1N	spezifisches Volumen im Punkt 1 (nominal)
V2N	spezifisches Volumen im Punkt 2 (nominal)
V3N	spezifisches Volumen im Punkt 3 (nominal)
TM34N	Rauchgastemperatur (nominal) TM34N=(T3N+T4N)/2
P1N	Druck im Punkt 1 (nominal)
P3N	Druck im Punkt 3 (nominal)
ZETAN	Druckverlustbeiwert auf Wasser- /Dampfseite (nominal) ZETAN = DP12N/(0.5AM1NM1N(V1N+V2N) )
A	Wärmetauscherfläche vorhanden, siehe auch FKAN

Die blau markierten Parameter sind Referenzgrößen für den Teillastmodus. Die Ist-Teillastwerte beziehen sich in den verwendeten Gleichungen auf diese Größen.

Generell sind alle sichtbaren Eingaben erforderlich. Häufig werden jedoch Standardwerte zur Verfügung gestellt.

Für weitere Informationen über die Farbe der Eingabefelder und ihre Beschreibungen siehe Komponenten bearbeiten\Vorgabewerte

Für weitere Informationen über Auslegung vs. Teillast und Nominalwerte siehe Allgemeines\Nominalwerte übernehmen

Verwendete Physik

Die Gleichungen von Bauteil 61 sind anwendbar.

Bauteilform

	Form 1		Form 2
	Form 3		Form 4
	Form 5		Form 6
	Form 7		Form 8
	Form 9		Form 10
	Form 11		Form 12
	Form 13		Form 14

Beispiel

Klicken Sie hier >> Bauteil 71 Demo << um ein Beispiel zu laden.

Impressum Disclaimer