Simulation des Auskühlvorgangs in Dampferzeugern:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
1997
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| Ausgabe: | Als Ms. gedr. |
| Schriftenreihe: | Verein Deutscher Ingenieure: [Fortschritt-Berichte VDI / 6]
353 |
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| adam_text | Titel: Simulation des Auskühlvorgangs in Dampferzeugern
Autor: Döring, Michael
Jahr: 1997
FORTSCHRITTBERICHTE VM Dipl.-Ing. Michael Döring, Stuttgart Simulation des Auskühlvorgangs in Dampferzeugern Reihe 6: Energietechnik Nr. 353
INHALTSVERZEICHNIS V Inhaltsverzeichnis Formelzeichen IX 1 Allgemeines zur Abkühlsimulation 1 1.1 Einleitung................................. 1 1.2 Stand der Technik ............................ 5 1.2.1 Wasser- Dampfseite........................ 5 1.2.2 Rauchgasseite........................... 6 1.3 Simulierter Dampferzeuger, Technische Kenndaten........... 6 1.4 Diskretisierung der Dampferzeuger-Geometrie............. 8 1.4.1 Wasser-/Dampfseite und Heizflächen.............. 8 1.4.1.1 Ein Verfahren zur Handhabung von Indizes...... 12 1.4.2 Diskretisierung der Brennkammer................ 13 2 Modell, Wasser-/Dampfseite und Heizflächen 17 2.1 Kontinuierliche und diskrete Modelldarstelhmg ............. 18 2.2 Modell, Wasser-/Dampfseite und Heizflächen..............21 2.2.1 Die Erhaltungsgleichungen....................21 2.2.1.1 Ortsdiskrete Bilanzgleichungen............21 2.2.1.2 Die Massenbilanz....................24 2.2.1.3 Die Bilanz der inneren Energie............24 2.2.1.4 Die Impulsbilanz....................26 2.2.1.5 Strömungsgeschwindigkeit des Kondensates.....27 2.2.1.6 Die Energiebilanz für die Rohrwand .........29 2.2.2 Die algebraischen Beziehungen..................30 2.2.2.1 Zustandsgleichungen des Wasserdampfes.......30 2.2.2.2 Wärmeübergangsbeziehungen , dampfseitig .....31 2.2.2.3 Das TJpwind’- Verfahren................32 2.2.3 Das orts-diskretisierte Gleichungssystem............ 32 2.3 Wärmeübergang zu Rauchgasseite und Umgebung...........34 2.3.1 Wärmedurchgang durch die isolierte Flossenwand.......35 2.3.2 Wärmedurchgang durch isolierte Verbinduiigsleitungen .... 38
VI 3 Numerische Lösung der Modellgleichungen 41 3.1 Modelleigenschaften bei zeitlicher Integration, numerische Lösung . . 41 3.2 Integrationsverfahren...........................43 3.2.1 Explizite Ein- und Mehrschrittverfahren, implizite Mehrschrittverfahren ..........................43 3.2.2 Implizite Verfahren........................44 3.2.3 Semi-implizite Verfahren.....................45 3.2.4 Folgerung............................. 45 3.3 Getestete Verfahren und Modifikationen ................45 3.3.1 Vorkonfektionierte Verfahren aus Programmbibliotheken ... 45 3.3.2 Glättung der Thermodynamischen Zustandsfunktionen .... 46 3.3.3 Semi-implizites Eulerverfahren mit Schrittweiten-Steuerung . . 46 3.3.4 Analyse der getesteten Verfahren im Hinblick auf die Modellgleichungen ............................47 3.4 Numerisches Verfahren im Eigenentwurf................50 3.4.1 Die Kondensatströmung,Algorithmus..............51 3.4.2 Wasser-/Dampfseitiger Wärmeübergang ............51 3.4.3 Die Druckausgleichs-Iteration..................52 3.4.4 Motivation für die Erweiterung der Druckausgleichs-Iteration . 57 3.4.5 Die Zweiebenen-Iteration.....................61 3.4.5.1 Von der Druckiteration zur Zweiebenen-Iteration . . 61 3.4.5.2 Grundgleichungen für die Simultan-Iteration.....62 3.4.5.3 Gleichungssystem der Simultan-Iteration.......65 3.4.5.4 Definition und Berechnung des Vergleichs-Druckprofils 69 3.4.5.5 Numerischer Algorithmus der Simultan-Iteration . . 72 3.4.5.6 Der vollständige Algorithmus für die Simulation des Auskühl Vorganges des Wasser-/Dampfmediums und der Heizflächen.....................74 3.5 Zweiebenen- und Druckausgleichsverfahren: Effizienz .........75 3.5.1 DA- und E2-Verfahren, Vergleich der Rechenzeitbedarfes ... 75 3.5.2 Analyse der Konvergenzverbesserung durch Ergänzung des DA-Verfahrens zum E2-Verfahren................78 3.5.2.1 Motivation der Analyse................78 3.5.2.2 Harmonische
Analyse der Residuen im Iterationsverlauf, Grundlagen.................... 78 3.5.2.3 Weitere benötigte Beziehungen............80 3.5.2.4 Analyse des Iterationsverlaufes anhand der maximalen Residuen, Zeit-Bereich...............82 3.5.2.5 Analyse des Iterationsverlaufes im Frequenzbereich . 84 4 Modell der Rauchgasseite 89 4.1 Grundmerkmale des Modells.......................89 4.2 Modell des Auskühlvorganges......................90 4.3 Festlegung von Randwerten .......................91
VII 5 Simulation des Auskühlvorganges 92 5.1 Programm-Koppelung für geschlossene Simulation...........92 5.2 Verfügbare Meßdaten vom Auskühlvorgang...............95 5.3 Anfangs- und Randbedingungen.....................96 5.3.1 Anfangsbedingungen für Wasser/Dampfseite und Heizflächen . 96 5.3.2 Randbedingungen für Wasser/Dampfseite und Heizflächen . . 98 5.3.3 Anfangsbedingungen für die Rauchgasseite...........99 5.3.4 Randbedingungen für die Rauchgasseite ............99 5.4 Simulation des Auskühlvorganges, Dampfseite.............100 5.4.1 Allgemeine Betrachtung zum Auskühlvorgang.........100 5.4.2 Druck- und Temperaturverläufe, Messung und Simulation . . . 101 5.4.2.1 Druckverlauf......................101 5.4.2.2 Temperaturverläufe, Wasser/Dampfmedium.....103 5.4.2.3 Überhitzer 3.......................103 5.4.2.4 Filterung der simulierten Temperaturverläufe der Heizflächen Ü3. Ü2, ZÜ2, ZÜ1.............104 5.4.2.5 Örtliche Extrapolation zum Vergleich gemessener und berechneter Temperaturverläufe.........108 5.4.2.6 Überhitzer 3, gefilterte und extrapolierte Temperaturverläufe........................108 5.4.2.7 Überhitzer 2.......................109 5.4.2.8 Überhitzerl (Tragrohrüberhitzer)...........111 5.4.2.9 Verdampferund Eco..................111 5.4.2.10 Zwischenüberhitzung, Druckverlauf..........111 5.4.2.11 Zwischenüberhitzung, Temperaturverläufe.......113 5.4.3 Dichteverläufe und Massenströme................114 5.4.4 Rauchgasseitige Wärmestromdichte...............115 5.4.5 Verlauf der Energiesumme, Wasser-/Dampfmedium, Ileizflä- chenmaterial............................118 5.5 Simulation des Auskühlvorganges. Rauchgasseite............119 5.5.1 Temperaturprofil in der Brennkammer.............119 5.5.2 Freie Konvektion in der Brennkammer.............122 6 Zusammenfassung 124 A Anhang 125 A.l Gleichungen für Temperatur-Filterung.................125 A.l.l Die Temperaturprofile
in U3, U2. ZÜ2. Z1M bei Simulation und Filter-Modell.........................126 A.l.2 Abweichung der Temperaturprofile bei Simulation und Filter- Modell ...............................129 A.l.3 Modell-Ansatz für zeitliche Temperaturverläufe des Filter- Modelles ..............................1.33 A. 1.4 Übereinstimmung des Ansatzes mit den Modellgleichungen . . 135
VIII A.I.5 Örtliche Extapolation von Modell-Gitter auf Meßorte.....135 A.2 Newton-Verfahren beim nicht-glatten System .............136 A.3 Zeitlicher Druckanstieg und Verdampfer-Füllstand...........138 Literaturverzeichnis 141
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