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    Bauteil 9: Speisewasserbehälter
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    Bauteil 9: Speisewasserbehälter / Entgaser


    Vorgaben

    Leitungsanschlüsse

     

    1

    Hauptkondensateintritt

    2

    Speisewasseraustritt

    3

    Heizdampfeintritt

    4

    Nebenkondensateintritt (ohne Drossel)

    5

    Brüdenmassenverlust (Entlüftung)

    6

    Mittlerer flüssiger Volumenanteil (Flüssigkeitslevel) während des Zeitschritts

     

    Allgemeines       Vorgabewerte       Verwendete Physik       Bauteilform       Beispiel

     

    Allgemeines

    Mit diesem Bauteil kann ein Entgaser modelliert werden. Eine detailliertere Option für einen Entgaser ist in Bauteil 63 verfügbar.

     

    Wenn Brüdenverluste (Entlüftung) berücksichtigt werden sollen, ist zu beachten, dass dies Wasserverluste sind, die in geeigneter Menge und an geeigneter Stelle dem System als Zusatzwasser wieder zugeführt werden müssen (sonst liegt kein stationärer Zustand vor). Dies kann sehr einfach mit einem Signalübertrager vorgenommen werden, indem die Menge an Brüden erfasst und auf den Zusatzwasseranschluss übertragen wird.

    Mit dem neuen Vorgabewert DP32F kann ein fester (d.h. von der Last unabhängiger) Anteil des Druckverlusts definiert werden. Dieser dient zur Berücksichtigung der Füllhöhe: Da der Dampf unterhalb der Wasseroberfläche eingebracht wird, ergibt sich zwischen dem Druck des Wasserdampfes im Behälter und dem Druck des einströmenden Dampfes eine Druckdifferenz, die nicht vom Massenstrom, sondern nur vom Füllstand abhängt.

    Der Druckabfall kann auch über eine Kernelexpression angepasst werden.

    Transiente Modellierung

    Das Bauteil 9 ermöglicht auch die Modellierung der Speisewasserbehälters mit Entgaser im transienten Fall. Dazu kann der Schalter FINST verwendet werden. Es wird ein thermodynamisches Gleichgewicht zwischen der flüssigen und der gasförmigen Phase angenommen.

    Für die transiente Berechnung ist die Spezifikation der geometrischen Details des Bauteils erforderlich.  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 FMAT) oder vom Benutzer vorgegeben werden.

    Der Wärmeaustausch zwischen dem Medium und der Behälter-Wand bzw. Temperaturentwicklung in der Behälter-Wand in der Zeit werden auch berücksichtigt. Hierzu werden identischen Algorithmen wie im  Bauteil 119 verwendet.  2 Verfahren stehen im Bauteil 9 zur Berechnung der Wandtemperatur zur Verfügung. Analog zum Bauteil 119  wird bei FALGINST=1 die Gleichung (2.3) mit dem Crank-Nicolson-Algorithmus numerisch gelöst. Bei FALGINST=4 wird dagegen das Kombinierte analytische und numerische Modell für die Berechnung der Wandtemperatur verwendet.

    Für die Berechnung des inneren Wärmeübertragungskoeffizienten (ALPHI) hat der Benutzer die Wahl zwischen den in VDI Wärmeatlas verfügbaren Formeln für die freie Konvektion und eigenen Angaben, auch z.B. in Form einer Benutzer-Funktion (EALPHI).

    Die transiente Massenbilanz berücksichtigt eine Füllstandänderung des Behälters während des Zeitschritts. Bei der Massenbilanz kann der Benutzer mit dem Schalter FSPIN zwischen der Vorgabe des Füllstands oder des Massenstroms M1 entscheiden. Der berechnete Füllstand wird als Volumenanteil der flüssigen Phase im Gesamtvolumen des Behälters an den Anschluss 6 als Massenstrom M6 ausgegeben.

     

    Hinweise:

    Brüden-Verluste:

    Die Brüden-Verluste können jetzt wahlweise über den Vorgabewert M5 (wie bisher) vorgegeben werden oder von außen auf der Leitung gesetzt werden. Die Umschaltung zwischen beiden den Berechnungsmodi geschieht mit dem Schalter FM5.

    Externe Vorgabe des Druckes des Nebenkondensats:

     

    Bisher wurde der Druck des Nebenkondensats stets vom Speisewasserbehälter gesetzt, da sich das Nebenkondensat auf dem gleichen Druckniveau befindet wie das Speisewasser am Austritt. Bei Modellierung war es deshalb notwendig, auf der Nebenkondensatleitung ein Regelventil oder einen Kondensomaten einzubauen, um den Druck auf das Kondensatorniveau herabzusetzen.

    Modus „P4 von außen gegeben":

    Zur Vereinfachung der Modellierung gibt es jetzt einen Modus „P4 von außen gegeben“, der mit dem Schalter FP4 eingestellt werden kann. Dieser Modus ermöglicht, am Anschluss 4 eine Leitung mit einem höheren Druck anzuschließen. Innerhalb des Speisewasserbehälters wird das Nebenkondensat dann auf den Kondensatordruck abgesenkt. Das Ergebnis ist dasselbe wie bei einem externen Regelventil.

    Der neue Modus ist jetzt die Standardeinstellung für neu eingefügte Bauteile. Bei vorhandenen Schaltungen wird FP4 auf „P4=P2“ gestellt.


     

    Vorgabewerte

    FINST

    Instationaritätsmodus

    Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional)
    Ausdruck

    0: instationäre Lösung (Zeitreihe oder Einzelberechnung)

    1: immer stationäre Lösung

    Stationäre Berechnung

    DP32N

    Druckverlust des Heizdampfes durch Strömung (nominal)

    DP32F

    Druckabfall Heizdampf (durch Füllhöhe)

     

     

    FP4

    Drosselung des Nebenkondensats                
    Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional)

    Ausdruck

    = 0: Keine Drosselung (P4=P2)
    =1: Drosselung am Anschluss 4 (P4 von außen gegeben                

    FM5

    Methode zur Vorgabe des Brüdendampfes M5                
    Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional)

    Ausdruck

    = 0: Vorgabewert M5 verwenden
    =-1: M5 von außen gegeben                

    M5

    Brüdenmassenverlust
    Massenstrom der Ausdampfung

    Hinweis: Falls der hier eingetragene Wert größer als 5% der Wasserzuführungen ist, wird der Brüden-Massenstrom auf 5% begrenzt.
                    Falls FSPEC=1 (siehe unten) eingestellt ist, kann auch ein höherer Wert eingestellt werden.

    FEDP

    Schalter zur Verwendung von EDP (nur für Teillast)

    Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional)

    Ausdruck

     =0: nicht verwendet

    =1: Korrektur: DP32=DP32F+DP32N*(M3/M3N)**2*EDP

    =2: Ersatz: DP32=DP32F+DP32N*EDP

    EDP

    Druckverlustfunktion
    Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional)

    function evalexpr:REAL;
    begin
      evalexpr:=1;
    end;

    FMODE

    Schalter für Berechnungsmodus

    = 0: global

    = 1: lokale Teillast

    = -1: lokale Auslegung

    FSPEC

    Behandlung eines eventuell vorhandenen Dampfanteils im Speisewasser    

    Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional)

    Ausdruck       

    = 0: Ausgabe einer Fehlermeldung (Normalfall), Brüdenverlust bleibt wie bei M5 angegeben

    = 1: Dampfanteil wird als Brüdendampf über Leitung 5 abgeschieden. Bei dieser Vorgabe wird mindestens der in M5 spezifizierte Brüden-Dampf abgezogen, bei Bedarf auch mehr.  

    =-11: Nur Massen- und Energiebilanzen betrachten

    = 11: Nur Massen- und Energiebilanzen und  H4=H' betrachten

    M3N    

    Heizdampfmassenstrom (nominal)

    Instationäre Berechnung

    FINIT

    Anfangszustand

    =0: GLOBAL

    =1: Erster Durchlauf

    =2: Folgedurchlauf

    FALGINST

    Algorithmus für instationäre Rechnung

    =1: Crank-Nicolson-Algorithmus
    =4: reduziertes physikalisches Modell

    Physikalische Dimensionen

    FGEOM

    Geometrie-Konfigurations-Details

    =0: Nur Speicherbehälter

    =1: Speicherbehälter mit Entgaserkopf

    DIAMT Innendurchmesser Speichertank
    LENGT Länge Speichertank
    THWALLT Wandstärke Speichertank
    DIAMD Innendurchmesser Entgaserkopf
    LENGD Länge Entgaserkopf
    THWALLD Wandstärke Entgaserkopf
    THISO Dicke der Isolierung
    MRINPART Verhältnis der inneren Teile zur Wandmasse

    Materialeigenschaften

    FMAT

    Materialkennzahl

    =0: ST35_8

    =1: ST45_8

    =2: 15MO3

    =3: 13CRMO44

    =4: 10CRMO910

    =5: X20CRMOV121

    =6: X10NICRALTI3220

    =7: 8_SiTi_4

    =8: 10_CrSiMoV_7

    =9: 11_NiMnCrMo_5_5

    =10: 14_MoV_6_3

    =11: 15_MnNi_6_3

    =12: 15_NiCuMoNb_5

    =13: 16_Mo_5

    =14: 17_CrMoV_10

    =15: 17_Mn_4

    =16: 17_MnMoV_6_4

    =17: 19_Mn_5

    =18: 19_Mn_6

    =19: 20_CrMoV_13_5

    =20: 20_MnMoNi_4_5

    =21: 25_CrMo_4

    =22: 28_CrMoNiV_4_9

    =23: 30_CrNiMo_8

    =24: 34_CrMo_4

    =25: 34_CrMo_4

    =26: 36_Mn_4

    =27: 36_Mn_6

    =28: 40_Mn_4

    =29: 42_CrMo_4

    =30: 46_Mn_5

    =31: H_I

    =32: H_II

    =33: M_2

    =34: StE_285

    =35: StE_315

    =36: StE_355

    =37: StE_380

    =38: StE_415_7_TM

    =39: StE_420

    =40: TStE_460

    =41: 12_CrMo_19_5

    =42: X_1_CrMo_26_1

    =43: X_10_Cr_13

    =44: X_10_CrAl_7

    =45: X_10_CrAl_13

    =46: X_10_CrAl_18

    =47: X_10_CrAl_24

    =48: X_10_CrAl_24

    =49: X_12_CrMo_7

    =50: X_12_CrMo_9_1

    =51: X_20_Cr_13

    =52: X_40_CrMoV_5_1

    =53: X_2_CrNi_18_9

    =54: X_2_CrNiMo_18_12

    =55: X_2_CrNiMo_25_22_2

    =56: X_5_CrNi_18_9

    =57: X_5_NiCrMoCuTi_20_18

    =58: X_6_CrNi_18_11

    =59: X_8_CrNiMoNb_16_16

    =60: X_8_CrNiMoVNb_16_13

    =61: X_8_CrNiNb_1_6_13

    =62: X_12_NiCrSi_36_16

    =63: X_15_CrNiSi_20_12

    =64: X_15_CrNiSi_25_20

    =65: DMV 304 HCu (SUPER304H)

    =66: DMV 310 N

    =67: TiAl6V4

    =68: X10CrMoVNb91

    =-1 : Eigenschaften berechnet aus Kernelexpression ERHO, ELAM, ECP

    ERHO Funktion für Dichte des Materials
    ELAM Funktion für Wärmeleitfähigkeit des Materials
    ECP Funktion für Wärmekapazität des Materials
    LAMISO Wärmeleitfähigkeit Isolierung
    FTTI

    Schalter zur Interpolation der temperaturabhängigen Kenngrößen für die Stoffwerte CP, LAM, RHO

    =0: Temperatur am Ende des Zeitschrittes
    =1: arithmetisches Temperaturmittel über den Unterzeitschritt
    =2: gleitende mittlere Temperatur der Speicherelemente während der Unterzeitschritte

    Kontrollparameter für Transienten

    FTSTEPS

    Art der Vorgabe des Zeitschritts der zeitlichen Diskretisierung (Unterzeitschritt)

    =1: gemäß TISTEP
    =2: 0.2 mal stabile Zeitschrittweite entsprechend der charakteristischen Kennzahlen (Biot-, Fourierzahl)
    =3: 0.5 mal stabile Zeitschrittweite entsprechend der charakteristischen Kennzahlen (Biot-, Fourierzahl)
    =4: 1.0 mal stabile Zeitschrittweite entsprechend der charakteristischen Kennzahlen (Biot-, Fourierzahl)
    =5: 2.0 mal stabile Zeitschrittweite entsprechend der charakteristischen Kennzahlen (Biot-, Fourierzahl)
    =6: 5.0 mal stabile Zeitschrittweite entsprechend der charakteristischen Kennzahlen (Biot-, Fourierzahl)

    ISUBMAX Maximale Anzahl der internen Iterationsschritte bei der Initialisierung
    IERRMAX Maximal erlaubter Fehler bei Initialisierungsrechnung
    TISTEP Interner (Unter-)Zeitschritt
    FFREQ

    Häufigkeit instationärer Berechnungen

    1: In jedem Iterationsschritt
    2: In jedem 2. Iterationsschritt
    4: In jedem 4. Iterationsschritt
    8: In jedem 8. Iterationsschritt

    NRAD Anzahl der Punkte in wand-normaler Richtung (max. 30)
    FSPIN

    Instationärer Bilanzberechnungsmodus

    0: Flüssigkeitslevel gegeben, Massenströme berechnet

    1: M1 gegeben, Flüssigkeitslevel berechnet

    WF Mittlerer flüssiger Volumenanteil (Flüssigkeitslevel) während des Zeitschritts
    WFMIN Mindest-Flüssigkeitslevel
    WFMAX Höchst-Flüssigkeitslevel
    FALPHI

    Ermittlung von alpha innen

    0: Gemäß Formel VDI Wärmeatlas Auflage 11 Kapitel F3 (Freie Konvektion)

    1: aus konstantem Wert APLHI

    2: aus Funktion EALPHI

    ALPHI Innerer Wärmeübergangskoeffizient (zum Fluid)
    EALPHI Funktion für alpha innen
    FALPHO

    Ermittlung von alpha außen

    0: aus Vorgabewert ALPHO

    1: aus Funktion EALPHO

    ALPHO Äußerer Wärmeübergangskoeffizient (zur Umgebung)
    EALPHO Funktion für alpha außen
    TMIN Untergrenze für Speichertemperatur
    TMAX Obergrenze für Speichertemperatur
    FSTAMB

    Definition der Umgebungstemperatur

    0: durch Vorgabewert TAMB

    1: durch Referenztemperatur (Bauteil 46) definiert

    TAMB Umgebungstemperatur

    Anfangsbedingungen

    FISTART Vorgabe der Starttemperatur
    TIMETOT0 Gesamtzeit zu Beginn der Berechnung

    Die blau markierten Größen stellen Referenzgrößen für den Teillastmodus dar.

    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

    Gleichungen

    Stationäres Modell: Alle Betriebsfälle

     

     

    Für den 1. Iterationsschritt  gilt :   M3 = M3N

    F  = (M3/M3N) ** 2 

    Wenn GLOBAL=Nennlast, dann F=1.0

    DP32 = DP32N * F

    P2 = P3 - DP32                                (1)

    T2 = f'(P2)

    H2 = f (P2,T2)                                    (5)

    M2 = M1 + M3 + M4 - M5                 (8)

    Q2 = M2 * H2

    P5 = P2                                               (2)

    P1 = P2                                               (3)

    P2 = P4                                               (4)

    T5 = T2

    H5 = f"(T5)                                          (6)

    Q5 = M5 * H5

    M3 = ((M2*H2 - M1*H1 - M4*H4 + M5*H5))/H3  (9)          

          

     

     

     

    Ergebnisse

    Stationäre Berechnungsergebnisse

    DP32

    Druckabfall

    HSAT

    Sattdampfenthalpie

    TSAT

    Siedetemperatur

    PSAT

    Siededruck

    SSAT

    Sattdampfentropie

    Instationäre Berechnungsergebnisse

     

    Instationäre Ergebnisse

     

    TAVBEG

    Mittlere Temperatur des Speicher am Anfang des Zeitschritts

    TAVEND

    Mittlere Temperatur des Speicher am Ende des Zeitschritts

    QSTO

    Gespeicherte Energie während des Zeitschritts (Speicherwand und Fluid)

    QAV

    Mittlerer Speicherenergiefluss im Zeitschritt (Speicherwand und Fluid) 

    QAVI

    Mittlerer Speicherenergiestrom vom Fluid zum Speicher

    QAVO

    Mittlerer Speicherenergiestrom vom Speicher zur Umgebung

    Wärmeübertragung

     

    RALPHI

    Verwendeter innerer Wärmeübergangskoeffizient (zum Fluid)

    RALPHO

    Verwendeter äußerer Wärmeübergangskoeffizient (zur Umgebung)

    Masse und Volumen

     

    RMSTO

    Verwendete Masse des Speichers

    RVFLUID

    Verwendetes  Strömungsvolumen des Fluids

    MFLUID

    Masse des Fluids im Speicher

    RWF

    Mittlerer flüssiger Volumenanteil (Flüssigkeitslevel) während des Zeitschritts

    Sonstige Ergebnisse

     

    RTAMB

    Verwendete Umgebungstemperatur

    BIOT

    Biot-Zahl (dimensionslose Dicke)

    FOUR

    Fourierzahl (dimensionslose Zeit)

    TIMEINT

    Integrationszeit (gesamt)

    TIMETOT

    Gesamtzeit am Ende der Berechnung

    TIMESUB

    Integrationszeit (gesamt)

    ISUB

    Anzahl der Unterzeitschritte

    TISUBREC

    Empfohlene Zeitschrittweite

    PREC

    Genauigkeitsindikator

     

    Spezifikations-Matrix MXTSTO und Ergebnis-Matrix RXTSTO

    Die Matrix MXTSTO ist mit dem Ausgabefeld RXTSTO auf die gleiche Weise verknüpft wie die oben genannten Kennlinien und Ergebniskurven. Die Verteilung der Werte im Speicher und 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 BT 9.

     

    Bauteilform

    Form 1

    Form 2

    Beispiel

    Klicken Sie hier >> Bauteil 9 Demo << um ein Beispiel zu laden