Bauteil 88: Dampferzeuger, Rauchgaszone

Vorgaben

 

Allgemeines       Vorgabewerte       Kennlinien       Verwendete Physik       Bauteilform       Beispiel

 

Allgemeines

Bauteil 88 erlaubt zusammen mit Bauteil 89 (Dampferzeuger, Hauptheizfläche) bzw. 91 (Dampferzeuger, Nebenheizfläche) die geometriebehaftete Darstellung des Wärmeübergangs in den Heizflächen eines Dampferzeugers.  

Bauteil 88 stellt eine Rauchgaszone dar, die eine Hauptheizfläche (Bauteil 89) und bis zu zwei Nebenheizflächen enthalten kann. Dazu sollte PIN 3 der Rauchgaszone (Bt. 88) mit PIN 3 eines Bauteils 89 (Hauptheizfläche) verbunden sein. PIN 4 oder PIN 5 von Bauteil 88 können mit PIN 3 von Bauteil 91 verbunden sein. Zusätzlich kann die Abstrahlung des Rauchgasvolumens in die Zone zu der in Strömungsrichtung des Rauchgases vorhergehenden oder nachfolgenden Heizfläche (Bauteil 89) berücksichtigt werden. Dazu wird PIN 7 mit PIN 5 der Hauptheizfläche (Bauteil 89) in der Vorgänger-Rauchgaszone und PIN 6 mit PIN 4 des Bauteils 89 in der Nachfolgerzone verbunden.

Bauteil 88 verhält sich hinsichtlich Wärmeübergang und Strahlungsverhalten ähnlich wie Bauteil 90 (Reaktionszone). Reaktion, insbesondere z. B. Nachverbrennung findet jedoch nicht statt.

 

Erweiterungen für die Druckverlustberechnung der Rauchgasseite (für Bauteile 88 und 89):

Die Druckverlustberechnung der Rauchgasseite kann in Bauteil 89 als Kernelexpression, EDPO, angegeben werden. Da geometrische Details der Heizfläche in Bauteil 89 spezifiziert werden, kann in der Kernelexpression EDPO auf die entsprechenden Vorgabewerte (z. B. Rohrdurchmesser, Teilung, Details zu Rippen etc.) zugegriffen und eine eigene Druckverlustberechnung (z. B. nach Angaben des Herstellers) implementiert werden.

Der rauchgasseitige Druckverlust wird in Bauteil 89 gerechnet und nach Bauteil 88 übertragen. Im Bauteil 88 gibt es dazu einen Flag, FDP, der zwischen der bisherigen Druckverlustberechnung nach Bernoulli-Gesetzt und EDPO von Bauteil 89 umschaltet .

 

Für die Rauchgaszone werden zusätzlich als Ergebniswerte 

• die Strömungsgeschwindigkeit im freien Querschnitt als VELF
• das Volumen der Rauchgaszone VOLFG
• die Wandfläche der Rauchgaszone AWS

ausgegeben.

MODELL:

Das Berechnungsmodell bilanziert zunächst Massenstrom, Impuls und Energieflüsse

• (1)      M1 =  M2
• (2)      P1 = P2 + DP12
• (3)     Q3+Q4+Q5+QR_6+QR_7+VERL= M2*H2 - M1*H1 

mit den Indices

• 1 für den Rauchgaseintritt
• 2 für den Rauchgasaustritt
• 3, 4, 5 für den Wärmefluss zu den Haupt- (3) bzw. Nebenheizflächen (4,5) in der Rauchgaszone
• 6,7 für den Wärmefluss zu rauchgasseitigem Vorgänger (7) bzw. Nachfolger (6).

Das Bauteil geht bei Enthalpie,  Massenstrom und Druck davon aus, dass H2 oder H2,  M1 oder M2 bzw. P1 oder P2 auf den anschließenden Leitungen gegeben sind. Der jeweils fehlende Wert wird errechnet.

 

Druckverlustbegrenzungen in Teillast (Extras --> Modelleinstellungen--> Berechnung--> Maximaler relativer Druckabfall):
Da der Druckverlust (Rauchgaseintritt - Rauchgasaustritt) 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.

 

Hinweis - Konvergenzverbesserung:

Es wurden an mehreren Bauteilen Konvergenz-verbessernde Maßnahmen durchgeführt.

Dabei wurde auch ein Versuch gestartet, neben Massenströmen, Enthalpien und Drücken auch Heizwert und Stoffwertzusammensetzung direkt in das Matrix-Lösungsverfahren einzubinden. Davon betroffen sind die Bauteile 4, 15, 18, 25, 33, 60, 80, 88 und 90. In einigen Fällen führte dies zu deutlichen Konvergenzverbesserungen, in anderen auch zu Verschlechterungen.

Dieses Feature wird deshalb standardmäßig nicht verwendet. Anwender können dies jedoch aktivieren, indem sie den Level der Integration von Materialgleichungen auf "nur bei Simulation" stellen (unter „Extras“, „Modelleinstellungen“, „Iteration“) .

 

BERECHNUNGSGRUNDLAGEN

Die Wärmeflüsse von Haupt- und in Nebenheizfläche in der Rauchgaszone werden in den Bauteilen 89 bzw. 91 wie dort beschrieben berechnet und über die Logikleitungen an Bauteil 88 übertragen. In Modul 88 werden zusätzlich die Strahlungsflüsse an gegebenenfalls verbundene Vorgänger und Nachfolger errechnet gemäß:

     QR_6 = PHI6_I*CS*EBS3_I*(1-EBS6_I)*LAMBDA*(TRADH6**4-TRADL6**4)*BEW3

     QR_7 = PHI7_I*CS*EBS3_I*(1-EBS7_I)*LAMBDA*(TRADH7**4-TRADL7**4)*BEW3

Einstrahlzahlen PHI , Emissivitäten EBS und Bewertungen BEW werden in den jeweils verbundenen Modulen errechnet. Die Strahlungstemperatur der strahlenden Zone 88 ist der Mittelwert von Ein- und Austrittstemperatur:

     TRADH6=TRADH7=(T1+T2)/2+273.15

Die Strahlungsflüsse sind immer positiv, d. h. es erfolgt keine Einstrahlung in das Rauchgas von eventuell heißeren Heizflächen. Die Strahlungstemperatur der Heizflächen entspricht der mittleren Wandtemperatur:

      TRADL6 = TWAND6

      TRADL7 = TWAND7

BAUTEILIDENTIFIKATION

Für Bauteil 88 ist zur Zeit kein Identifikationsmodus vorgesehen.

NEBENHEIZFLÄCHEN

Neben den eigentlichen Hauptheizflächen finden sich in einer Rauchgaszone häufig kleinere Heizflächen in Form wasser- oder dampfgekühlter Teile der Konstruktion (Tragrohre, gekühlte Wände) in der Rauchgaszone. Sie haben rauchgasseitig die gleichen Eintritts- und Austrittsbedingungen wie die Hauptheizfläche, sind normalerweise aber in der Wasser-/Dampfschaltung an anderer Stelle angeordnet. Diese Nebenheizflächen werden durch Bauteil 91 abgebildet.

Haupt- und Nebenheizflächen tragen zum Wärmeaustausch innerhalb von Zone 88 bei, aber Strahlungsaustausch mit Nachbarzonen betrifft nur Hauptheizflächen, Bauteil 89.

Eine Nebenheizfläche sollte nur dann verwendet werden, wenn bereits eine Hauptheizfläche angeschlossen ist.

GEOMETRIEDARSTELLUNG VON RAUCHGASZONEN

Die Geometrie der Ein- und Austrittsflächen der Rauchgaszone beeinflusst wesentlich die Ermittlung der Einstrahlzahlen PHI. Zur Darstellung der verschiedenen Konstruktionsarten von Dampferzeugern (Turmkessel, Zweizugkessel etc.) mit oder ohne diversen Umlenkungen sind die Spezifikationswerte OUTH und FTYP vorgesehen. Ihre Anwendung ist den nachfolgenden Diagrammen zu entnehmen. 

 

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Vorgabewerte 

Die blau markierten Identifikationswerte sind Referenzwerte für den Teillastmodus. Für die jeweils in den Gleichungen verwendeten Ist-Teillastwerte wird auf diese Werte Bezug genommen. Falls es sich bei diesen Identifikationswerten um Stromdaten handelt, stammen diese Werte häufig von angeschlossenen Rohrleitungen oder berechneten Werten.

Die Eingaben für Nominalwerte sind auch in einem Unterprofil für ein gegebenes Bauteil schwarz, wenn der Anwender die lokale Teillastoption für dieses Bauteil ausgewählt hat und die Nominalwerte auch in dieses Bauteil hinein gespeichert wurden.

Kennlinien

Es werden keine Kennlinien verwendet.

Verwendete Physik

Gleichungen 

 

 

 

Bauteilform

Form 1

Beispiel

Klicken Sie hier >> Bauteil_88 Demo << um ein Beispiel zu laden.