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Stoffeigenschaften / Leitungstyp klassische Zusammensetzung / Leitungstypen Luft, Rauchgas, Gas, Rohgas
In diesem Thema
    Leitungstypen Luft, Rauchgas, Gas, Rohgas
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    Gas-Stoffwerttafeln

    Sie können zwischen diesen verschiedenen Tafeln wählen:
    In den Modelloptionen gibt es dazu ein Flag mit der Bezeichnung "Formulierung Gastafel", mit dem die Standardtafel für alle in einem Modell durch die Komponenten 1 und 33 definierten Fluide festgelegt wird.
    Eine individuelle Festlegung der zu verwendenden Gastafel ist innerhalb jeder Komponente 1 bzw. 33 (Blatt "Stoff-Anteile") möglich, wobei Sie eine andere Tafel als die als Modelloption gewählte angeben können. Welche Gastafel für eine Leitung verwendet wurde, wird durch den Wert ihres Flags FGASFORMULATION angezeigt. Wenn zwei verschiedene Tafeln in einem Mischer "zusammentreffen", wird diejenige am Verbindungspunkt 1 für den Ausgangsstrom verwendet.
    Alle Stoffwerttafeln gehen von dem Modell eines idealen Gemisches der einzelnen Gase aus (auch LibHuGas, wo das Modell eines idealen Gemisches von realen Gasen verwendet wird).
    Die Stoffwerttafeln VDI, NASA und LibHuGas sind nur für die folgenden Gase verfügbar:
    Die übrigen Gase werden immer mit Hilfe von FDBR-Polynomen berechnet.
    Siehe: Brandt,F.: Wärmeübertragung in Dampferzeugern und Wärmetauschern, FDBR-Buchreihe 1995, Bd.2, Vulkan Verlag Essen

    Reale Gase

    Für die Berechnung von realen Gasen kann die Bibliothek LibHuGas von Prof. Kretzschmar (Hochschule Zittau/Görlitz) verwendet werden. Da diese Bibliothek nur die Stoffe Ar, Ne, N2, O2, CO, CO2, H2O und SO2 enthält, werden alle anderen Stoffe als ideales Gas nach FDBR berechnet. LibHuGas kann dann auch den Wasseranteil unterhalb von 0 °C berücksichtigen (vorausgesetzt, der Wasseranteil ist klein genug, so dass das Wasser in der Gasphase bleibt). Da die Verwendung von LibHuGas nur bis zu einem Wasseranteil von 99 Prozent möglich ist, wird bei einem höheren Wasseranteil die LibIF97 verwendet.

    Zur Darstellung anderer Gase wurden zusätzlich Algorithmen implementiert, die schnell berechenbare Korrekturen an der Idealgasberechnung vornehmen, um das reale Gasverhalten näherungsweise darzustellen.

    Dies sind die folgenden Algorithmen:

    In den Modelloptionen gibt es dafür ein Flag namens "Realgas-Korrektur". Es ist aktiv, wenn einer der drei Idealgas-Algorithmen ausgewählt wurde und erlaubt es, entweder gar keine Realgaskorrektur oder eine der oben genannten Methoden anzuwenden.

    Alle Algorithmen der Realgaskorrektur sind ausschließlich für Gase entwickelt worden. Wenn eine oder mehrere Komponenten kondensieren, muss mit komplexeren Algorithmen gerechnet werden, wie sie z.B. von der REFPROP-Bibliothek bereitgestellt werden.
    Oft gibt es aber nur wenige Leitungen eines Modells, für die die Realgaskorrektur von Bedeutung ist. Eine modellweite Anwendung auf alle Luft- und Rauchgasströme des Modells mit Drücken im Bereich des Atmosphärendrucks ist meist unnötig. Die anzuwendende Realgaskorrektur wird in Komponente 1 bzw. 33 (Grenzwert bzw. Startwert) im Blatt "Stoff-Anteile" festgelegt. Die Definition ist dann gültig für die jeweilige Leitung und wird dann an den Hauptstrom weitergegeben. Welche Korrektur verwendet wurde, kann in der Leitung (Reiter "Zusammensetzung") im Ergebniswert FREALGC eingesehen werden.  Wenn zwei unterschiedliche Realgas-Korrekturen in einem Mischer aufeinander treffen, wird eine Warnung ausgegeben.

    Wasseranteil in klassischen Leitungstypen in gasförmiger, flüssiger und fester Phase

    Für die klassische Leitungstypen (Luft, Rauchgas, Gas, Rohgas, Kohle, Öl, benutzerdefinierte Flüssigkeit) berechnet Ebsilon den Wasseranteil der gasförmigen Phase in Abhängigkeit vom jeweiligen Partialdruck. Der verbleibende Anteil des Wassers ist oberhalb des Tripelpunktes (0,01°C) flüssig, unterhalb davon ist es fest.
    Für Ebsilon besteht der Unterschied zwischen fester und flüssiger Phase nur in der Enthalpie: Die Enthalpie der festen Phase ist um die Schmelzwärme vermindert. Daher gab es bei T=0,01°C einen Sprung in der Enthalpie des Rauchgases (solange ein flüssiger oder fester Anteil an Wasser vorhanden war).
    Aufgrund des geringen Partialdrucks des Wassers bei diesen Temperaturen (0,0061 bar am Tripelpunkt) spielt das Phasengleichgewicht fest/gasförmig (Sublimation) jedoch nur bei einer sehr geringen Wasserkonzentration eine Rolle. Bei höheren Konzentrationen ist der Gasanteil vernachlässigbar, und das Verhalten wird durch den Phasenübergang fest/flüssig dominiert. Aufgrund der Anomalie des Wassers verschiebt sich mit steigendem Druck diese Phasengrenze zu niedrigeren Temperaturen: 0,0026°C bei 1 bar, -0,064°C bei 10 bar, -0,74°C bei 100 bar.
    Zur genauen Modellierung dieses Verhaltens (im 2-Phasen-Flüssigkeits- oder 2-Phasen-Gas-Strom) steht die Bibliothek LibIce zur Verfügung. Bei den klassischen Leitungstypen steht die Geschwindigkeit der Berechnung im Vordergrund, so dass hier auf die Berücksichtigung der Druckabhängigkeit verzichtet wird (zumal die Enthalpie als unabhängig vom Druck betrachtet wird).
    Der Übergangspunkt wurde jedoch ab Release 12 von +0,01°C auf -0,000001°C verschoben, um zu verhindern, dass man sich bereits bei T=0°C in der Eisphase befindet. Hierfür gibt es zwei Gründe:
    Der bisherige Wert von 0,01°C war nur bei einem Druck von 0,0061 bar korrekt und für alle anderen Drücke zu hoch. Der neue Wert von -0,000001°C entspricht der Realität für 1,35 bar; für niedrigere Drücke ist er etwas zu klein und für höhere etwas zu hoch, also insgesamt besser geeignet.

    Für Ströme, die flüssiges oder festes H2O enthalten, ergeben sich nun aber durch die Verschiebung des Übergangspunktes andere Enthalpien im Temperaturbereich zwischen -0,000001 und +0,01°C. Hier werden die neuen Ergebnisse in den meisten Fällen sinnvoller sein. Ist jedoch die feste Phase wirklich gewünscht, sollte die Temperatur auf z.B. -0,0000011°C abgesenkt werden. Die Ergebnisse sind dann praktisch identisch mit den bisherigen.

    Die obigen Überlegungen gelten sowohl für freies Wasser ("H2O") als auch für das in der Kohle vorhandene gebundene Wasser ("H2OB"). Ebsilon geht also davon aus, dass das in den Kapillaren der Kohle gebundene Wasser zwar nicht verdampfen kann (d.h. es gibt keinen Phasenübergang flüssig/gasförmig), aber ein Phasenübergang in die feste Phase möglich ist.

    Berücksichtigung der nicht gasförmigen Bestandteile für das spezifische Volumen der Gase

    Für die Berechnung des spezifischen Volumens (und damit auch der Dichte) von Gasen (Luft, Rauchgas, Gas, Rohgas) werden nur die gasförmigen Komponenten berücksichtigt, da der Anteil der flüssigen und festen Komponenten zum spezifischen Volumen aufgrund der höheren Dichte im Allgemeinen vernachlässigbar ist.
    Das spezifische Volumen dieser Bestandteile kann in der Regel nicht berechnet werden, da hierfür meist nur die elementare Zusammensetzung oder die allgemeine Angabe "Asche" angegeben wird.
    Um die Dichte für diese Fraktion (flüssige und feste Anteile) anzugeben, verwenden Sie den Spezifikationswert "Dichte für Fraktion nach Elementaranalyse" (RHOELEM).
    Als Ergebniswerte gibt es für alle Ströme sowohl RHO (mittlere Dichte des Gesamtstroms) als auch RHOELEM (Dichte für die durch die Elementaranalyse definierte Fraktion).
    Wird für die Dichte (RHOELEM) ein Wert von 0 eingegeben, so wird bei der Bestimmung des spezifischen Volumens der Anteil der Stoffe vernachlässigt, der als Elementaranalyse angegeben ist.
    Bei den nicht gasförmigen Komponenten, deren chemische Zusammensetzung bekannt ist, wird das spezifische Volumen aus den entsprechenden Stoffdaten ermittelt. Dies gilt für flüssiges H2O, NH3 und CO2, für die in Ebsilon Bibliotheken integriert sind, sowie für die Stoffe der Direktentschwefelung, für die folgende Konstanten verwendet werden:

     

    Heizwerte

    Siehe Kapitel  Heizwerte

     

     

    Copyright Iqony Solutions GmbH 2024 Erstellt am 05.09.2024

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