Leitungsanschlüsse |
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Primärseitiger Eintritt , kaltes Fluid, innerhalb der Rohre (Wasser/Dampf) |
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Primärseitiger Austritt, kaltes Fluid, innerhalb der Rohre (Wasser/ Dampf) |
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Sekundärseitiger Eintritt, warmes Fluid, außerhalb der Rohre (Rauchgas) |
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Sekundärseitiger Austritt, warmes Fluid, außerhalb der Rohre (Rauchgas) |
Allgemeines Vorgabewerte Kennlinien Verwendete Physik Bauteilform Beispiel
Bauteil 73 ist ein Mehrzweckbauteil, das als Economizer, Verdampfer oder Überhitzer eingesetzt werden kann.
Es unterscheidet sich von Bauteil 26 in der Berechnungsmethode der Wärmeübertragungsfähigkeit (k*A-Werte) im Teillastmodus. Bauteil 26 verwendet eine Kennlinie als Basis, wogegen Bauteil 61 die Beziehungen der einzelnen Wärmeübergangskoeffizienten verwendet.
Es unterscheidet sich von Bauteil 61 insbesondere durch eine Berechnung des speziellen Rippen-Wirkungsgrads. (VDI Wärme Atlas, Mb 4)
Das Bauteil kann entweder mit Grädigkeiten (Siehe dazu auch Wärmetauscher, allgemeine Anmerkungen):
rechnen, dann wird das zugehörige (k*A) festgelegt, oder mit einem gegebenen (k*A), dann wird die zugehörige Grädigkeit festgelegt. Ob der erste oder zweite Berechnungstyp gewählt wird, kann durch den Spezifikationswert FMODE festgelegt werden.
Für das Teillastverhalten von k*A kann als Alternative zum Anpassungspolynom ADAPT eine EbsScript-Funktion im Vorgabefeld EADAPT verwendet werden.
Mit dem Schalter FFU kann das Bauteil ausgeschaltet werden. Es wird dann keine Wärme mehr ausgetauscht, Druckverluste werden jedoch weiter berücksichtigt.
Strahlungsverluste DQLR können durch einen bezogenen Verlustfaktor festgelegt werden.
Druckverlustbegrenzungen in Teillast (Extras --> Modelleinstellungen--> Berechnung--> Maximaler relativer Druckabfall) :
Da der Druckverlust quadratisch mit dem Massenstrom ansteigt, können sich bei Überschreitung des Nennmassenstroms schnell deutlich zu hohe Druckverluste ergeben, die dann Phasenübergänge und Konvergenzprobleme verursachen. Aus diesem Grunde wurden Druckverlustbegrenzungen eingebaut.
Konstanter Druckverlust (FVOL=2):
Bei diesen Bauteilen kann ein konstanter Druckverlust vorgegeben werden. Dies ist insbesondere hilfreich, wenn der Druckabfall in einem bestimmten Teillastpunkt bekannt ist (z.B. durch eine Messung) oder eine eigene Formel zur Berechnung des Druckabfalls verwendet werden soll.
Pinchpoint-Verletzungen bei Wärmetauschern
In früheren Ebsilon-Varianten 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:
Hinweis:
Beim Laden einer mit einer äteren Release erstellten Schaltung wird aus dem Wert des Schalters FSPEC die entsprechende Werte für FTYPHX, FSPECD gesetzt und FSPEC auf „leer“ (-999) gesetzt. Die Schaltung rechnet damit dann wie mit Schalter FSPEC. 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 dazu auch Wärmetauscher, allgemeine Anmerkungen):
Beim Wärmetauscher (Bauteile 73 ) 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.
Spezifische Wärmekapazität : CP12/CP34
Es wird die mittlere spezifische Wärmekapazität auf der kalten (CP12) und auf der heißen Seite (CP34) als Ergebniswert angezeigt.
Die mittlere spezifische Wärmekapazität ergibt sich aus dem Quotienten der Enthalpiedifferenz und der Temperaturdifferenz.
Wenn keine Temperaturdifferenz vorliegt (beispielsweise im Zweiphasengebiet oder bei ausgeschaltetem Wärmetauscher), ist die Berechnung dieses Quotienten allerdings nicht möglich.
In diesem Fall wird die spezifische Wärmekapazität bei der entsprechenden Temperatur verwendet, sofern diese definiert ist. Andernfalls bleibt der Ergebniswert leer.
Gütegrad RPFHX
Zur Beurteilung des Zustands eines Wärmetauschers dient der Quotient aus dem aktuellen Wert für k*A (Ergebniswert KA) und dem in jeweiligen Lastpunkt aufgrund der Bauteilphysik bzw. Kennlinien erwarteten k*A (Ergebniswert KACL). Der Quotient KA/KACL wird als Ergebniswert RPFHX angezeigt.
FMODE |
Schalter für Berechnungsmodus Auslegung/Teillast 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 = -1: lokale Auslegung |
FTYPHX |
Art des Wärmetauschers Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Allgemeiner Wärmetauscher |
FSPECD |
Berechnungsmethode im Design-Fall Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck = 1: Untere Grädigkeit (=T4-T1) gegeben als DTN |
FFLOW |
Strömungsart (Siehe dazu auch Wärmetauscher, allgemeine Anmerkungen): Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Gegenstrom |
FVOL |
Volumenabhängigkeit vom Druckverlust Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: nur vom Massenstrom abhängig |
FFINEF |
Berücksichtigung des Rippenrohr - Formalismus Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: ohne Formeln für Rippenrohre (wie Bauteil 61) |
DTN |
Temperaturvorgabe im Auslegungsfall Je nach Wert von FSPEC ist hier einzutragen
Für andere Werte von FSPEC wird der Wert DTN ignoriert. |
FDP12RN |
Druckverlustbehandlung Leitung 12 Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =1: berechnet DP12N=DP12RN (absolut) |
DP12RN |
Druckverlust 12 (nominal) [absolut oder relativ zu P1] |
FDP34RN |
Druckverlustbehandlung Leitung 34 Ausdruck =1: berechnet aus DP34N=DP34RN (absolut) =2: relative (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 (DQLR*QN in allen Lastfällen) =1: relativ zum tatsächlichen Wärmeeintrag (DQLR*Q354) |
DQLR |
Wärmeverlust (relativ) ( QL relativ zu Q34) |
AL12N |
Wärmeübergangskoeffizient kalte Seite (nominal) Für eine erste Näherung können folgenden Werte verwendet werden AL12N_Wasser=6000 W/(m²K) AL12N_Dampf=500 W/(m²K) |
AL34N |
Wärmeübergangskoeffizient warme Seite (nominal) Für eine erste Näherung können folgenden Werte verwendet werden: AL34N_Gas=50 W/(m²K) |
EX12 |
Massenstromexponent von AL12 AL12 = AL12N*(M1/M1N**EX12) |
EX34 |
Massenstromexponent von AL34 AL34 = AL34N*(M3/M3N**EX34)* (1 - (TM34N-TM34)*5E-4/°K) |
EXCP12 |
Exponent für das Verhältnis der spezifischen Wärmekapazitäten |
ALFT |
Mittlerer Wärmeübergangskoeffizient Rippen und Rohr (Durchschnittliche Alpha_Zahl) |
RAFAT |
Verhältnis der Flächen innen (Rohr) / außen (Rippe) |
CGM |
Geometrie - und Materialkonstante |
FADAPT |
Schalter für Anpassungspolynom ADAPT/ Anpassungsfunktion EADAPT Ausdruck =0: Nicht verwendet und nicht ausgewertet |
EADAPT |
Anpassungsfunktion für KA |
FFU
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Ein-/Aus-Schalter Ausdruck =0: Wärmetauscher ausgeschaltet (kein Wärmeübergang, aber Berechnung der Druckverluste) =1: Wärmetauscher in Betrieb |
PINPMIN |
Mindestwert für den Pinchpoint (KA wird automatisch reduziert, wenn der Pinchpoint kleiner als dieser Wert wird) |
TOLXECO |
Toleranz für Verdampfung in einem Economizer. Wenn der Dampfgehalt X am Economizer-Austritt größer als TOLXECO ist, wird eine Warnung ausgegeben. Wenn er größer als 2*TOLXECO ist, wird eine Fehlermeldung ausgegeben. |
FSPEC |
Kombinierter Schalter, Spezifikationen Ausdruck = -999: nicht verwendet (stattdessen FSPECD und FIDENT verwendet) alte Werte =1: Allgemeiner Wärmetauscher, gegeben untere Grädigkeit |
KAN |
Wärmeübergangskoeffizient * Fläche (nominal) - Wärmeübertragungsfähigkeit im Auslegungspunkt |
M1N |
Massenstrom kalte Seite(nominal) |
M3N |
Massenstrom warme Seite (nominal) |
QN |
Wärmetauscherleistung (nominal) =Q34N |
TM34N |
Mittlere Rauchgastemperatur (nominal) |
V1N |
Spezifisches Volumen am Eintritt kalte Seite(nominal) |
V3N |
Spezifisches Volumen am Eintritt warme Seite (nominal) |
P1N |
Druck am Eintritt kalte Seite(nominal) |
P3N |
Druck am Eintritt warme Seite (nominal) |
CP12N |
Spezifische Wärmekapazität Leitung12 (nominal) |
Die blau markierten Parameter sind Referenzgrößen für den Teillastmodus. Die Ist-Teillastwerte beziehen sich in den verwendeten Gleichungen auf diese Größen.
Generell sind alle sichtbaren Eingaben erforderlich. Häufig werden jedoch Standardwerte zur Verfügung gestellt.
Für weitere Informationen über die Farbe der Eingabefelder und ihre Beschreibungen siehe Komponenten bearbeiten\Vorgabewerte
Für weitere Informationen über Auslegung vs. Teillast und Nominalwerte siehe Allgemeines\Nominalwerte übernehmen
FK1 = (M1/M1N)**EX12
TM34 = 0.5*(T3+T4)
FK2=(1-.0005*(TM34N-TM34))*(M3/M3N)**EX34
CP12= ( CP(P1,H1)+CP(P2,H2) ) / 2
FK3 = (CP12/CP12N)**EXCP12
ZX = (M3/M3N)**EX34
EAA = tanh(CGM*sqrt(ALFT*ZX))
/ (CGM*sqrt(ALFT*ZX))
EAAN = tanh(CGM*sqrt(ALFT))
/ (CGM*sqrt(ALFT))
FK4 = (1+EAA*RAFAT) / (1+EAAN*RAFAT)
AL12 = AL12N*FK1*FK3
AL34 = AL34N*FK2*FK4
1 / KN = 1 / AL12N + 1 / AL34N
1 / K = 1 / AL12 + 1 / AL34
KA / KAN = K / KN
Alle Betriebsfälle |
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wenn FDP12RN=relativ, dann {DP12N=P1*DP12RN} sonst {DP12N=DP12RN} wenn FDP34RN=relativ, dann {DP34N=P3*DP34RN} sonst {DP34N=DP34RN} |
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Auslegungsfall (Simulationsflag: GLOBAL=Auslegungsfall UND FMODE=Auslegungsfall) |
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Wenn untere Grädigkeit durch FSPEC gegeben ist, dann { wenn obere Grädigkeit durch FSPEC gegeben ist, dann { P4 = P3 - DP34N (2) DTLO = T4 - T1 (für FFLOW=Gegenstrom) P4 = P3 - DP34N (2) P2 = P1 - DP12N (1) DTLO = T4 - T1 (für FFLOW=Gegenstrom) wenn alle Temperaturen von außen gegeben sind außer T1 oder T2 (spezifiziert durch FSPEC) dann { P4 = P3 - DP34N (2) P2 = P1 - DP12N (1) wenn alle Temperaturen außer T3 oder T4 von außen gegeben sind (spezifiziert durch FSPEC) dann { P2 = P1 - DP12N (1) P4 = P3 - DP34N (2) DTLO = T4 - T1 (für FFLOW=Gegenstrom) LMTD = (DTUP - DTLO)/(ln(DTUP) - ln(DTLO)) |
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Teillastfall (Simulationsflag: GLOBAL=Teillastfall oder FMODE=Teillastfall) |
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TOL = 0.00001 wenn FVOL= WITH, dann { wenn FMODE = Teillast, Verwendung KAN und Kennlinie, dann { wenn FMODE = Teillast: Verwendung KAN, keine Kennlinie, dann { K = KN} KA=KAN*K/KN Maximum/Minimum Werte für die Iteration { Für FFLOW=Gleichstrom { Iteration1 { wenn DQ < TOL, dann Iterationsende 1 Iteration2 { DTLO = T4 - T1 (für FFLOW=Gegenstrom) DTLO = T4 T2 (für FFLOW=Gleichstrom) LMTD = (DTUP - DTLO)/(ln(DTUP) - ln(DTLO)) QQ = KA * LMTD KA*LMTD = M2*H2 - M1*H1 (3) |
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Form 1 |
Form 2 |
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Form 3 |
Form 4 |
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Form 5 |
Form 6 |
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Form 7 |
Form 8 |
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Form 9 |
Form 10 |
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Form 11 |
Form 12 |
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Form 13 |
Form 14 |
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