Handbuch zum Modulpaket WTS. Berechnungssystem für Rohrbündel-Wärmeübertrager. Lauterbach Verfahrenstechnik

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1 Handbuch zum Modulpaket WTS Berechnungssystem für Rohrbündel-Wärmeübertrager Lauterbach Verfahrenstechnik 1 / 2004

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3 Inhalt Allgemeine Produktbeschreibung 1 Was kann das Programm?...1 Geometrie...1 Rohrspiegel...1 Wärmeübergang...1 Stoffwerte...1 Aufbau des Programms 3 Aufbau des Programms...3 Die Module von WTS...3 Genereller Ablauf der Berechnung...6 Bedienung 7 Start von WTS...7 Auswahl der Grunddaten...7 Rohrabmessungen...9 Rohrteilungen...10 Mantelabmessungen...11 TAB-Dateien...12 Bündeltyp...13 Einbaulage...13 Gewünschte Strömungsgeschwindigkeit in den Rohren...13 Gewünschte Strömungsgeschwindigkeit im Mantelraum...14 Auswahl der Medien...15 Optionen der Berechnung...16 Rohrspiegelbibliothek...19 Visual WTS...20 WTS Eingabemaske und Menü "Grundeingaben"...20 Menüpunkt "Grunddaten"...21 Menüpunkt "Spezifikation"...21 Menüpunkt "Skizze"...22 Menüpunkt "Rohrspiegel einfrieren / editieren"...22 Menüpunkt "Standardwerte"...22 Menüpunkt "Alpha in den Rohren vorgeben"...22 Menüpunkt "Alpha um die Rohre vorgeben"...23 Menüpunkt "Abstand Rohrboden 1. Umlenkblech vorgeben"...23 Menüpunkt Austrittstemperaturen simulieren (nur bei einphasigen Wärmeübergängen)...23 Stoffwerte und Wärmebilanz...24 Handeingabe von Stoffwerten...24 Allgemeine Wärmebilanz...25 Stoffwerte und Wärmebilanz für feuchte Gase...26 Geometrische Daten...28 Ergebnisse und Bewertung...30 Kondensation beliebiger Reinstoffe...31 Das Zusatzmodul WTSC 33 Handbuch zum Modulpaket WTS Inhalt i

4 Was kann das Zusatzmodul WTSC?...33 Beispielrechnung eines Doppelrohrapparates 34 Berechnung eines Doppelrohrapparates mit dem Programm WTS (Konzentrischer Ringspalt)...34 Berechnungsbeispiel HX in WTS 37 Berechnungsbeispiel für die Anwendung des Modules HX in WTS...37 Index 39 ii Inhalt Handbuch zum Modulpaket WTS

5 Allgemeine Produktbeschreibung Was kann das Programm? Geometrie Rohrspiegel Das Programm WTS dient zur Berechnung von Rohrbündel- Wärmeübertragern mit Umlenkblechen, für den einphasigen Wärmeübergang zwischen zwei beliebigen Medien und für die Wärmeübertragung zwischen einem kondensierenden Medium und einem einphasigen zu erwärmenden Medium. Die Wärmeübertrager können horizontal oder vertikal ausgerichtet sein. Das Programm erstellt eine komplette Spezifikation, eine vermaßte Skizze und eine maßstäbliche Zeichnung. Bei der Auslegung werden individuelle Werksnormen berücksichtigt. Die konstruktive Gestaltung der Mantel- und Rohrseite des Wärmeübertragers kann auf der Basis des TEMA-Codes oder einer eigenen Werksnorm vorgenommen werden. Der TEMA-Code ist als generelle Option wählbar, während die Werksnorm anhand vorgegebener editierbarer Abmessungen vom Benutzer selbst verwaltet wird. Der Rohrspiegel kann vom Benutzer in allen Details im Dialog selbst erstellt oder vom Programm generiert und dann speziellen Wünschen angepaßt werden. Die Daten können sowohl in ein CAD-Programm als auch in AUTOCAD übernommen werden. Wärmeübergang Die Berechnung der einphasigen Fälle basiert auf den theoretischen Grundlagen aus dem VDI-Wärmeatlas. Bei Kondensation werden je nach Lage (stehend/liegend), Art des Mediums und Ort des Kondensationsvorganges (im Rohr/im Mantelraum) verschiedene Gleichungen angewandt. Stoffwerte Die Werte für Wasser und Wasserdampf werden durch das Modul H 2 O, das die Wasserdampftafeln enthält, bereitgestellt. Die Daten für feuchte Gase sind über das Modul HX, dem Mollier- Diagramm, verfügbar (Zusatzmodul). Die Stoffwerte für die weiteren vorgegebenen Substanzen sind in jeweils separaten Modulen enthalten. Für alle anderen Stoffe müssen diese Daten vom Benutzer vorgegeben werden. Handbuch zum Modulpaket WTS Allgemeine Produktbeschreibung 1

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7 Aufbau des Programms Aufbau des Programms Das Programm ist aus Bausteinen (Modulen) unseres Programmsystems ATLAS aufgebaut, die untereinander über die Ein- und Ausgabegrößen verknüpft sind. Jedes der Module stellt ein eigenständiges Programm dar, das über eine Ein-Ausgabe-Oberfläche verfügt. Die Module von WTS Folgende Module sind speziell für den Einsatz mit WTS verfügbar: Stoffwertmodule: EGAS - Stoffwerte von Erdgas H 2 O - Stoffwerte von Wasser LUFT - Stoffwerte von Luft NH 3 - Stoffwerte von Ammoniak RGAS - Stoffwerte von Rauchgasen SDAT - Handeingabe von Stoffwerten FRIG - Stoffwerte von Kältemitteln * GLYC - Stoffwerte von Glykolen (Antifr. N und L) * GLYK - Stoffwerte von Glykolen * HE - Stoffwerte von Helium * HX - Stoffwerte von feuchten Gasen * N 2 - Stoffwerte von Stickstoff * OEL - Stoffwerte von Ölen * PROP - Stoffwertermittlung mit PROPER * STAB - Modul zur Vereinb. von Stoffwerttabellen * TOIL - Stoffwerte von Thermalölen * H 2 SO 4 - Stoffwerte von Schwefelsäure * HNO 3 - Stoffwerte von Salpetersäure * HCl - Stoffwerte von Sälzsäure * SAC - Stoffwerte von Saccharose-Lösungen * CO 2 - Stoffwerte von Kohlendioxid * Handbuch zum Modulpaket WTS Aufbau des Programms 3

8 Module VDI-Wärmeatlas: CA - Berechnung von Wärmeübertragern GB - Wärmeübertragung bei der Strömung durch Rohre GD - Wärmeübertragung im konzentrischen * Ringspalt GG - Wärmeübergang im Außenraum von Rohrbündel-Wärmeübertragern mit Umlenkblechen JA - Filmondensation reiner Dämpfe LM - Druckverlust im Außenraum von Rohrbündel- Wärmeübertragern mit und ohne Einbauten MB - Wärmeübergang an berippten Oberflächen * OB - Konstruktive Hinweise für den Bau von Wärmeübertragern Module Bereich Wärmeübertrager: FN - Bestimmung des Korrekturfaktors für die logarithmische Temperaturdifferenz RBSA - Schwingungsanalyse SPIE - Rohrspiegelberechnung TEMA - Grenzwerte nach TEMA WTS - Berechnung von Rohrbündelwärmeübertragern mit Segmentumlenkblechen GGLR - Wärmeübertragung im Außenraum von * Wärmeübertragern mit längsberippten Rohren GGO - Wärmeübertragung und Druckverlust in * längsdurchströmten Rohrbündel- Wärmeübertragern ohne Einbauten GGRI - Wärmeübertragung im Außenraum von * Wärmeübertragern mit Rippenrohren CIRC - Berechnung von Rohrbündelwärme- * übertragern mit Kreisringen/Kreisscheiben als Umlenkbleche INLR - Wärmeübergang und Druckverlust bei * der Strömung durch Rohre mit innenliegenden Längs- oder Spiralrippen TWIS - Wärmeübergang und Druckverlust bei * der Strömung durch Rohre mit und ohne Schraubeneinbauten WTSC - CAD-Programm zum Modulpaket WTS * DRLL - Wärmeübergang und Druckverlust in durchströmten Drallrohren * Module Bereich Strömungstechnik: RDV - Rohrseitiger Druckverlust DRRB - Druckverlust über querangeströmten * Rippenrohrbündeln * Zusatzmodule, die gesondert bestellt werden können 4 Aufbau des Programms Handbuch zum Modulpaket WTS

9 Genereller Ablauf der Berechnung Es wird nicht zwischen einem getrennten Vorgang für die Dateneingabe und der Berechnung unterschieden. Das Programmsystem ATLAS ist ein simultanes Dialog- / Berechnungssystem. Jede Vorgabe eines Wertes löst unmittelbar einen Bearbeitungsschritt aus, bis dies aufgrund der Bestimmtheit des Systems nicht mehr möglich und die Lösung erreicht ist. Welcher Wert ein Vorgabewert oder Ergebniswert ist, wird vom Anwender entschieden. Die Grundfunktionen dieses Moduls und die verschiedenen Bearbeitungsregeln entnehmen Sie bitte der Beschreibung des Programmsystems ATLAS. Handbuch zum Modulpaket WTS Aufbau des Programms 5

10 Bedienung Start von WTS Starten Sie WINDOWS und öffnen Sie - wenn nötig - die Programmgruppe "LV". Durch Doppelklick auf den WTS-Programm-Icon in der Programmgruppe "LV" starten Sie WTS. WTS-Programm-Icon Auswahl der Grunddaten Nach dem Programmstart erscheint die Auswahlform "Auswahl der Grunddaten". Diese Form ermöglicht die Vorgabe von Werksnormen oder Baureihengrößen sowie die Auswahl der Medien. Das Programm WTS ist so konzipiert, dass mit nur wenigen Mausklicken der Typ und der grundsätzliche Aufbau eines Wärmeübertragers sowie das rohr- und mantelseitige Medium ausgewählt werden können. Nach Eingabe von nur sieben Werten (Temperaturen, Drücke, Massenströme bzw. Leistung) wird ein konstruktionsgerechter Rohrspiegel erzeugt und der Wärmeübertrager ausgelegt. 6 Bedienung Handbuch zum Modulpaket WTS

11 Auswahl der Grunddaten Vor Beginn der Berechnung sollte der Typ und der grundsätzliche Aufbau des Wärmeübertragers möglichst schon feststehen. Für diese Festlegung steht die Auswahlform "Auswahl der Grunddaten" zur Verfügung. Außerdem ermöglicht diese Auswahlform die Verwendung von Standardwerten für die Rohr- und Mantelabmessungen, so dass bei der Auslegung des Wärmeübertragers Baureihengrößen oder Werksnormen eingehalten werden können. Es können die in der Tabelle angegebenen Grunddaten gewählt werden: Bezeichnung Inhalt Eintrag (Beispiel) Bedeutung Rohrabmessungen Liste der vom Hersteller 25 x 2 Bü-Ma 12 Bieger. 35 Rohraussendurchmesser verwendeten Rohre 25 mm Wandstärke 2 mm Mindest-Bündel- Mantelabstand 12 mm Biegeradius für U-Rohr 35 mm Rohrteilungen Auswahl an 32 x 60 Querteilung 32 mm Rohrteilungen Teilungswinkel 60 Mantelabmessungen Liste der vom Hersteller verwendeten Mäntel 88.9 x 3.2 ABST UB 50 Mantelaussendurc h-messer 88.9 mm Wandstärke 3.2 mm Mindestabstand der Umlenkbleche 50.0 mm Bündeltyp Bauarten des Gradrohr, U-Rohr rohrseitigen Kopfes Schwimmkopf mit geteiltem Ring, Gepackter Schwimmkopf, Durchziehbarer Schwimmkopf Einbaulage waagrecht senkrecht aufwärts senkrecht abwärts V-Rohrseitig rohrseitige Geschwindigkeit gewünschte Geschwindigkeit in den Rohren [m/s] V-Mantelseitig mantelseitige Geschwindigkeit gewünschte Geschwindigkeit im Mantelraum [m/s] Medium rohrseitig Stoffwertmodule Wasser Medium mantelseitig Stoffwertmodule Wasser Handbuch zum Modulpaket WTS Bedienung 7

12 Rohrabmessungen Unter Rohrabmessungen sind verschiedene Standardrohre entsprechend den DIN-Normen vorgegeben. Die Angaben 25 x 2 Bü-Ma 12 Bieger. 35 bedeuten: Rohraussendurchmesser 25 mm Wanddicke 2 mm Mindestabstand Bündel-Mantel 12 mm (Dieser Abstand wird bei vollständiger Berohrung des Mantels nicht unterschritten. Der Wert kann im Laufe der Berechnung vom Anwender noch auf der WTS- Eingabemaske nachträglich geändert werden.) Biegeradius bei U-Rohren 35 mm Verwendung von Rohren, Rohrteilungen oder Mänteln, die nicht in den Listen aufgeführt sind Wollen Sie Rohre, Rohrteilungen oder Mäntel verwenden, die nicht in den entsprechenden Listen aufgeführt sind, können Sie entweder diese Listen erweitern (siehe TAB-Dateien) oder die Zahlenwerte eines bereits gewählten Rohres, einer Rohrteilung oder eines Mantels überschreiben. Markieren Sie hierfür den entsprechenden Zahlenwert mit dem Cursor und überschreiben Sie diesen. 8 Bedienung Handbuch zum Modulpaket WTS

13 Rohrteilungen Unter Rohrteilungen finden Sie die Querteilung (Abstand der Rohrmittelpunkte in einer Rohrreihe quer zur Strömungsrichtung) und den Teilungswinkel. Es bedeuten 32 x 60 Querteilung 32 mm Teilungswinkel 60 Verwendung von Rohren, Rohrteilungen oder Mänteln, die nicht in den Listen aufgeführt sind Wollen Sie Rohre, Rohrteilungen oder Mäntel verwenden, die nicht in den entsprechenden Listen aufgeführt sind, können Sie entweder diese Listen erweitern (siehe TAB-Dateien) oder die Zahlenwerte eines bereits gewählten Rohres, einer Rohrteilung oder eines Mantels überschreiben. Markieren Sie hierfür den entsprechenden Zahlenwert mit dem Cursor und überschreiben Sie diesen. Rohrteilungen Handbuch zum Modulpaket WTS Bedienung 9

14 Mantelabmessungen Unter Manteldurchmesser sind eine Vielzahl von Mänteln hinterlegt, entsprechend den Angaben in den DIN-Normen 2448 und 2458 für nahtlose und geschweißte Rohre. Es bedeuten: 273 x 6.3 ABST. - UB 100 Mantelaussendurchmesser 273 mm Wanddicke 6.3 mm Mindestabstand der Umlenkbleche 100 mm (Dieser Abstand wird bei der Auslegung des Wärmeübertragers nicht unterschritten. Er kann aber vom Anwender im Laufe der Berechnung auf der WTS-Eingabemaske nachträglich geändert werden.) Haben Sie für den Manteldurchmesser "Freie Eingabe / Auslegen" gewählt, wählt das Programm während der Berechnung des Wärmeübertragers selbständig einen Mantel aus der Liste von Mänteln aus. Das Auswahlkriterium ist die gewünschte Strömungsgeschwindigkeit in den Rohren. Das Programm geht dabei so vor, dass bei vollständiger Berohrung des Mantels die gewünschte Geschwindigkeit in den Rohren nicht überschritten wird. Die gewünschte Strömungsgeschwindigkeit stellt somit eine Obergrenze für Strömungsgeschwindigkeit in den Rohren dar. Verwendung von Rohren, Rohrteilungen oder Mänteln, die nicht in den Listen aufgeführt sind Wollen Sie Rohre, Rohrteilungen oder Mäntel verwenden, die nicht in den entsprechenden Listen aufgeführt sind, können Sie entweder diese Listen erweitern (siehe TAB-Dateien) oder die Zahlenwerte eines bereits gewählten Rohres, einer Rohrteilung oder eines Mantels überschreiben. Markieren Sie hierfür den entsprechenden Zahlenwert mit dem Cursor und überschreiben Sie diesen. 10 Bedienung Handbuch zum Modulpaket WTS

15 TAB-Dateien Die Werte für die Rohrabmessungen, die Rohrteilungen und den Manteldurchmesser stehen in TAB-Dateien (siehe Tabelle), die mit einem Editor (z. B. Edit, NotePad, WordPad etc.) vom Benutzer erweitert und verwaltet und somit an die eigenen Werksnormen angepasst werden können. Die in die TAB-Dateien bereits eingetragenen Werte basieren auf verschiedenen DIN-Normen. Datei Inhalt Eintrag (Beispiel) Bedeutung WTS10.TAB Rohrabmessungen 13.5,2,12,25 Rohraussendurchmesser 13.5 mm Wandstärke 2 mm Mindest-Bündel-Mantel-Abstand 12 mm Biegeradius bei U - Rohren 25 mm WTS11.TAB Rohrteilungen 18.5,60, Querteilung 18.5 mm Teilungswinkel 60 Grad WTS12.TAB Mantelabmessungen 88.9,3.2,50 Mantelaussendurchmesser 88.9 mm Wandstärke 3.2 mm Mindestabstand der Umlenkbleche 50 mm WTS16.TAB Defaultwerte Fensterhöhe,20.0 Bündel_Mantel_Abst.,.012 Abstand_Umlenkbl,.2 Abstand_Boden_Umlenk,.2 Verschmutzung, Wärmeleitung_Rohr, 52.0 Strömges._Mantel,1.0 Max_Bündellänge,6 Max_L/D,18 Min_L/D,2 Fensterhöhe in % des Umlenkblechdurchmessers 20 Bündel-Mantel - Abstand.012 m Abstand der Umlenkbleche.2 m Abstand Boden - 1. Umlenkblech.2 m Verschmutzung (Fouling - Faktor) m² K/W Wärmeleitfähigkeit des Rohrmaterials 52 W/(m K) Strömungsgeschwindigkeit im Mantel 1.0 m/s Maximale Bündellänge 6 m Maximales Verhältnis Rohrlänge / Manteldurchmesser 18 Minimales Verhältnis Rohrlänge / Manteldurchmesser 2 In der WTS16.TAB sind verschiedene Defaultwerte hinterlegt, deren Bedeutungen der Tabelle entnommen werden können. Diese Defaultwerte werden beim Programmstart ausgelesen und in das Programm übertragen. So wird z.b. die Wärmeleitfähigkeit des Rohrmaterials standard-mäßig in der WTS-Eingabemaske mit dem Wert 52 W/(m K) vorbelegt. Möchten Sie, daß bei Programmstart die Wärmeleitfähigkeit des Rohrmaterials mit einem anderen Wert vorbelegt wird (z.b. 13 W/(m K) für Edelstahl), so ändern Sie den Wert von 52 auf 13. Bei der Änderung oder Ergänzung dieser TAB-Dateien ist folgendes zu beachten: - Dezimalstellen werden durch einen Punkt angegeben - Mehrere Werte müssen durch ein Komma getrennt werden Beispiel: WTS12.TAB Mantelabmessungen Eintrag: 88.9,3.2,50 Bedeutung: 88.9 mm Mantelaussendurchmesser 3.2 mm Wandstärke 50 mm Mindestabstand der Umlenkbleche Handbuch zum Modulpaket WTS Bedienung 11

16 Bündeltyp Mit dem Bündeltyp legen Sie die Bauart des rohrseitigen Endkopfes fest. In Verbindung mit der Option "Tema Standard" wird für den jeweiligen Endkopf die Berechnung des Rohrspiegels mit den Werten nach dem TEMA-Standard abgeglichen. Einbaulage Die Einbaulage ist nur bei Kondensationsvorgängen relevant, da je nach Aufstellungsart des Wärmeübertragers für die thermische Berechnung unterschiedliche Korrelationen verwendet werden müssen. Gewünschte Strömungsgeschwindigkeit in den Rohren Die gewünschte Strömungsgeschwindigkeit in den Rohren bestimmt die Wahl des Manteldurchmessers, wenn unter Manteldurchmesser "Freie Eingabe / Auslegen" gewählt wurde. Das Programm versucht, die gewünschte Strömungsgeschwindigkeit in den Rohren nicht zu überschreiten und wählt den geeigneten Mantel aus der Liste der Mäntel unter "Manteldurchmesser" aus. Wurde unter Manteldurchmesser ein Mantel ausgewählt, liegt die Strömungsgeschwindigkeit in den Rohren fest, so dass die Angabe der gewünschten Geschwindigkeit in den Rohren keinen Sinn macht und deshalb ausgeblendet wird. Der Wert für die gewünschte Strömungsgeschwindigkeit in den Rohren kann jederzeit vom Anwender durch einen Klick auf das Wertfeld überschrieben werden. Richtwerte für die Strömungsgeschwindigkeit in den Rohren sind: Medium Richtgeschwindigkeit [m/s] Wasser 1,5-2,5 Schwere 0,5-1,0 Kohlenwasserstoffe Gase 1bar Gase 70 bar 5-10 Gase im Vakuum bis 70 Nach oben ist die Strömungsgeschwindigkeit infolge von Kavitation und Erosionserscheinungen begrenzt. Um Erosion in den Ein- und Austrittsbereichen zu vermeiden, sollte zusätzlich zur Geschwindigkeit auch das Produkt aus Dichte und quadrierter Fluidgeschwindigkeit ρ v 2 geprüft werden. Dieser dynamische Druck berücksichtigt den Einfluß der Fluidmasse. Das Produkt ρ v 2 in den Rohren sollte bei Flüssigkeiten den Wert von 9000 kg/(m s 2 ) nicht überschritten. 12 Bedienung Handbuch zum Modulpaket WTS

17 Gewünschte Strömungsgeschwindigkeit im Mantelraum Die gewünschte Strömungsgeschwindigkeit im Mantelraum dient zur Ermittlung des Segmentblech-Abstandes. Wenn Sie die Option "Tema- Standard" gewählt haben, wird der sich ergebende Wert gegen die Grenzen nach Tema geprüft und, wenn nötig, korrigiert. Der Wert für die gewünschte Strömungsgeschwindigkeit im Mantelraum kann jederzeit vom Anwender durch einen Klick auf das Wertfeld überschrieben werden. Richtwerte für die Strömungsgeschwindigkeit im Mantel sind: Medium Richtgeschwindigkeit [m/s] Wasser 1,0 1,5 Schwere 0,5-1,0 Kohlenwasserstoffe Gase 1bar Gase 70 bar 5-10 Gase im Vakuum bis 70 Nach oben ist die Strömungsgeschwindigkeit infolge von Schwingungen, Kavitation und Erosionserscheinungen begrenzt. Um Erosion in den Ein- und Austrittsbereichen zu vermeiden, sollte zusätzlich zur Geschwindigkeit auch das Produkt aus Dichte und quadrierter Fluidgeschwindigkeit ρ v 2 geprüft werden. Dieser dynamische Druck berücksichtigt den Einfluß der Fluidmasse. Für alle anderen Gase und Dämpfe sowie alle gesättigten Dämpfe und für Flüssigkeit-Gas-Gemische ist ein Prallblech am Eintritt vorzusehen. Handbuch zum Modulpaket WTS Bedienung 13

18 Auswahl der Medien Das rohr- und mantelseitige Medium wird durch Öffnen der Pull-Down Menüs und Anklicken der gewünschten Stoffe gewählt. Der Phasenzustand der Medien, "flüssig oder gasförmig", der für die Berechnung des Wärmeübergangs von Bedeutung ist, wird automatisch gesetzt. Die Werte für die gewünschten Strömungsgeschwindigkeiten in den Rohren und im Mantelraum werden an den Phasenzustand angepasst. Bei Wahl von "Freier Eingabe", "Proper" und "STAB" (vom Anwender erstellte Stoffwerttabellen) muß der Phasenzustand vom Anwender angegeben werden. Die Werte für die gewünschten Strömungsgeschwindigkeiten in den Rohren und im Mantelraum werden dann an den Phasenzustand angepasst. Bei Wahl von "Freier Eingabe" müssen die Stoffwerte von Hand eingegeben werden (siehe Abschnitt Handeingabe von Stoffwerten). Das WTS-Grundpaket verfügt über verschiedene Einzelstoffwert-Module: Wasser Sattdampf Erdgas leicht Erdgas schwer Luft Ammoniak Rauchgase Diese Liste ist durch Einfügen weiterer Stoffwertmodule, die nicht im Grundpaket enthalten sind, erweiterbar. Der Stoffdaten-Compiler PROPER (nicht im Grundpaket enthalten) gestattet eine freie Auswahl der in der Bibliothek aufgeführten Komponenten und deren Mischungen. Außerdem ist auch die freie Eingabe von Stoffwerten mit Hilfe des Moduls SDAT möglich. Wurden beide Medien mit dem Menüpunkt "Grunddaten" vorgewählt, werden die Stoffwerte automatisch mit den entsprechenden Modulen berechnet (z.b. Wasser, Luft, Erdgas). Eine Ausnahme bilden die feuchten Gase, deren Stoffwerte mit Hilfe des HX-Moduls (nicht im Grundpaket enthalten) erzeugt werden müssen. 14 Bedienung Handbuch zum Modulpaket WTS

19 Optionen der Berechnung "Standardwerte" Mit der Option "Standardwerte" werden vorgewählte Abmessungen benutzt bzw. wird ein Manteldurchmesser aus der Liste verwendet, der den erforderlichen Mindestdurchmesser aufweist. Wird unter "Mantelabmessungen" "freie Eingabe" und die Option "Standardwerte" gewählt, wird bei der Berechnung der optimale Mantel aus der vereinbarten Liste automatisch ausgewählt. Die Standardwerte sind in den TAB-Dateien enthalten. Werden keine Standardwerte gewünscht, dann müssen die Werte später in die Hauptmaske eingegeben werden. Die Verwendung von Standardwerten ist optional. Beenden Sie die Auswahl der Grunddaten mit "OK". Die gewählten Optionen werden übernommen und die Bearbeitung wird in der Eingabemaske fortgesetzt. "Abstand RB - U > d_s" Mit der Option "Abstand RB - U > d_s" wird nach Eingabe der Mantelstutzen überprüft, ob der Abstand zwischen dem Rohrboden und dem ersten Umlenkblech größer ist als der Stutzendurchmesser plus einer vom Stutzendurchmesser abhängigen Abklinglänge. Ist dies nicht der Fall, wird der Abstand zwischen Rohrboden und dem ersten Umlenkblech vergrößert. Damit wird vermieden, dass sich unter dem Eintritts- und Austrittsstutzen ein Umlenkblech befindet. Die Vergrößerung des Abstandes kann aufgrund der Endraumkorrektur zu einer Korrektur der erforderlichen Länge führen. 'Keine Rohre in den Fenstern" Mit der Option 'Keine Rohre in den Fenstern' wird ein Rohrspiegel erzeugt, bei dem die Fensterzonen nicht berohrt sind. Anwendungsfälle: Vermeidung von Rohrschwingungen (Die freie Rohrlänge wird auf den Abstand der Umlenkbleche reduziert. In der Fensterzone beträgt die freie Rohrlänge zwei mal den Abstand der Umlenkbleche) Deutliche Reduzierung des Druckverlustes in den Fensterzonen "TEMA Standard" Die Option "TEMA Standard" bewirkt, daß die nach TEMA spezifizierten Abmessungen bei der Berechnung eingehalten werden. Diese Werte können durch Aufrufen des Moduls TEMA aus der Maske eingesehen werden. Mit Auswahl des Bündeltypes liegt auch der Abstand Bündel - Mantel über den TEMA-Code fest. "Aussen niedrig-berippte Rohre" Durch die Option "Außen querberippte Rohre" ist es möglich, auch Wärmeübertrager zu berechnen, die Rohre mit berippter Oberfläche besitzen. Nach dem Setzen dieser Option ist in der WTS-Eingabemaske die Eingabe des Rippendurchmessers, der Rippenteilung und der Rippendicke notwendig. Die Berechnung ist auf Rippen niederen Querschnitts zugeschnitten (Low fin). Die Rohre sind charakterisiert mit ca Rippen / m (16 26 fins / in). Handbuch zum Modulpaket WTS Bedienung 15

20 "Mantel ohne Einbauten" Mit der Option "Mantel ohne Einbauten" können Rohrbündel-Wärmeübertrager ohne Einbauten im Mantelraum berechnet werden. Im Gegensatz zum Doppelrohr-Wärmeübertrager, der aus einem äusseren und nur einem inneren Rohr besteht, wird bei 'Mantel ohne Einbauten' ein Rohrbündel vorausgesetzt. "Aussen längsberippte Rohre Die Option "Außen längsberippte Rohre" ermöglicht in Verbindung mit "Mantel ohne Einbauten" die Berechnung eines Wärmeübertragers mit längsberippten Rohren. Nach dem Setzen dieser Option können die Geometrie und die Wärmeleitfähigkeit der Rippen in der WTS- Eingabemaske eingetragen werden. "Doppelrohr-Wärmeübertrager" Die Option "Doppelrohr-Wärmeübertrager" ermöglicht die Berechnung eines Wärmeübertragers, der aus einem inneren und einem äußeren Rohr besteht. Die Durchmesser und die Wandstärken des äußeren und des inneren Rohres sowie die Wärmeleitfähigkeit des inneren Rohres müssen in die WTS-Grundmaske eingegeben werden. "Rohre mit Einbauten" Die Option "Rohre mit Einbauten" erlaubt die Berechnung von Wärmeübertragern mit Spiraleinbauten in den Rohren. Im Laufe der Berechnung wechselt WTS selbständig in das Modul TWIS. Dort müssen die Schraubenganghöhe oder die Schraubensteigung sowie die Schraubendicke eingegeben werden. Nach Eingabe dieser Größen wechselt das Programm wieder selbständig zur Eingabemaske von WTS zurück. "Kreisring/Kreisscheiben" Die Option "Kreisring/Kreisscheiben" ermöglicht die Berechnung von Rohrbündelwärmeübertragern mit Kreisringen und Kreisscheiben als Umlenkbleche. Es müssen auf der WTS-Eingabemaske der Lochdurchmesser Kreisscheibe und der Durchmesser Kreisring angegeben werden. "Innenberippte Rohre" Die Option "Innenberippte Rohre" erlaubt die Berechnung von Wärmeübertragern mit innenliegenden Längs- oder Spiralrippen. Neben der Anzahl und der Geometrie der Rippen muß auch der Steigungswinkel angegeben werden. Er beträgt für Längsrippen 0 und ist bei Spiralrippen auf maximal 30 beschränkt. "Lamellenblock" Die Option "Lamellenblock" erlaubt die Berechnung von Rohrbündelwärmeübertragern mit Lamellenblock. Neben der Wärmeleitfähigkeit der Rippen muß noch die Rippenteilung und die Rippendicke in die WTS-Eingabemaske eingegeben werden. 16 Bedienung Handbuch zum Modulpaket WTS

21 "Drallrohre" Die Option "Drallrohre" ermöglicht die Berechnung des Wärmeübergangs und des Druckverlustes bei der Strömung durch einseitig- und kreuzgedrallte Rohre. Zur Auswahl stehen 21 verschiedene Rohrtypen der Fa. HDE GmbH, Menden, im Durchmesserbereich zwischen 13,5 bis 28 mm, die nach Anklicken der Option Drallrohre aus einem Pull-down Menü ausgewählt werden können. Handbuch zum Modulpaket WTS Bedienung 17

22 Rohrspiegelbibliothek Mit dem Button "Rohrspiegelbibliothek" können Sie die Werte eines von Ihnen erstellten Rohrspiegels aus Ihrer Rohrspiegelbibliothek in den Menüpunkt Grunddaten übernehmen. Nach Betätigung dieses Buttons erscheint eine Tabelle, in der Sie den gewählten Rohrspiegel markieren müssen (anklicken). Rohrspiegeldaten übernehmen Durch Anklicken von "Datensatz verwenden" übernehmen Sie die Werte aus dem Rohrspiegel. Mit "Bearbeitung beenden " gelangen Sie dann zurück in das Grunddaten-Menü. Bereits gewählte Größen, wie z.b. der Rohr- oder Manteldurchmesser, werden durch diese Datenübernahme überschrieben. Bitte beachten Sie, daß die Erstellung, die Bearbeitung und das Speichern des Rohrspiegels in der Rohrspiegel-Bibliothek nur im Modul SPIE möglich ist. Nach beendeter Gunddatenauswahl bestätigen Sie Ihre Wahl mit "OK". Es öffnet sich eine weitere Auswahlform: 18 Bedienung Handbuch zum Modulpaket WTS

23 Visual WTS Auswahl von Bündel- und Manteltyp Durch einen Klick auf den entsprechenden Button unter "Bündeltyp" legen Sie die Anzahl und die Anordnung der rohrseitigen Durchgänge fest. Unter Manteltyp legen Sie die Anzahl der mantelseitigen Durchgänge fest (Verwendung eines Längsleitbleches). Es ist nun möglich bereits hier die Systemdaten (Temperaturen, Drücke, Massenströme bzw. Wärmeleistung) vorzugeben. Diese Werte können aber auch erst in die WTS-Grundmaske eingegeben werden Bestätigen Sie Ihre Auswahl mit "OK". Es erscheint die WTS-Grundmaske. WTS Eingabemaske und Menü "Grundeingaben" Von der WTS-Eingabemaske steuert der Anwender den Ablauf seiner Berechnung. Von hier aus er kann in alle anderen Module wechseln. In der WTS-Eingabemaske sind alle notwendigen Eingabemöglichkeiten zur Berechnung eines Wärmeübertragers zusammengefaßt. Die Eingabewerte erscheinen auch in den Eingabemasken der entsprechenden Kapitel. Dort können sie ebenfalls eingegeben oder verändert werden, da die Kapitel untereinander verbunden sind. In die Eingabemasken der einzelnen Kapitel gelangt man über das bereits im Programmsystem Atlas beschriebenen Menü "Atlas" und den Menüpunkt "Kapitel". Handbuch zum Modulpaket WTS Bedienung 19

24 WTS besitzt speziell das Menü "GRUNDEINGABEN", welches sich in der Menüleiste der Eingabemaske befindet. Eingabemaske und Menü "Grundeingaben" Menüpunkt "Grunddaten" Über diesen Menüpunkt gelangen Sie wieder zurück in die Auswahlform "Auswahl der Grunddaten". Nachträgliche Eingaben und Änderungen in diesem Menüpunkt während der Berechnung können zu Fehlern in der Berechnung führen. Sollten dennoch Änderungen in den Grunddaten aufgrund der Berechnung notwendig sein, sollten Sie WTS neu starten, die neuen Grunddaten wählen und dann mit der Eingabe und der Berechnung neu beginnen. Menüpunkt "Spezifikation" Mit dem Menüpunkt "Spezifikation" ist die Ausgabe von Spezifikationsblättern für eine abgeschlossene Berechnung in EXCEL möglich. EXCEL und OLE-2 müssen dazu installiert sein. Excel aktiviert die Datei WTS.XLS als Vorlagedatei. Diese liegt Ihnen in deutscher und englischer Version vor. Kopieren Sie die Datei WTSE.XLS (englisch) oder WTSD.XLS (deutsch) nach WTS.XLS, je nachdem, mit welcher Version Sie arbeiten möchten. 20 Bedienung Handbuch zum Modulpaket WTS

25 Menüpunkt "Skizze" Mit diesem Menüpunkt kann eine Skizze des Tauschers für Dokumentationszwecke beschriftet werden. Als Vorlage zur Beschriftung dient eine beliebige BMP-Datei, die Sie über den Menüpunkt "Grafik laden" aktivieren. Die Beschriftungsfelder können an einer beliebigen Stelle der Grafik plaziert werden (Taste "Modus verschieben"). Der gewünschte Beschriftungstext kann über "Mode=Text editieren" und Selektion über die Listbox eingeblendet werden. Es erscheinen somit immer die aktuellen Daten. Diese Skizze kann ausgedruckt werden (Grafik drucken) und als Muster abgespeichert werden (Beschriftung speichern). Menüpunkt "Rohrspiegel einfrieren / editieren" Wird ein Rohrspiegel aus der Rohrspiegelbibliothek geladen, so ist dieser stets eingefroren, d.h. die geometrischen Größen des Wärmeübertragers sind fest und können weder auf der Eingabemaske überschrieben noch durch das Programm neu berechnet werden; die entsprechenden Felder auf der Eingabemaske sind gelb hinterlegt. Wird eine Änderung dieser gesperrten Größen gewünscht, so muß der Rohrspiegel zum Editieren freigegeben werden. Dies erfolgt durch Anklicken des Menüpunktes Rohrspiegel einfrieren / editieren. Menüpunkt "Standardwerte" Die Option Standardwerte ist aktiviert, wenn ein Häkchen vor Standardwerte erscheint. Sie kann durch einen Klick auf Standardwerte deaktiviert bzw. wieder aktiviert werden. Ist die Option aktiviert, greift WTS bei der Auslegung eines Wärmeübertragers auf vorgewählte Abmessungen (z.b. die Mantelabmessungen aus der WTS12.TAB) und auf Defaultwerte der WTS16.TAB zurück. Wird im Laufe der Optimierung eines Wärmeübertragers z. B. die Rohrzahl vom Anwender neu eingegeben, wählt WTS den Mantel aus der WTS12.Tab aus, in dem diese Anzahl von Rohren gerade noch untergebracht werden kann. Wird die Option deaktiviert und die Rohrzahl jetzt neu eingegeben, berechnet WTS genau den Mantelinnendurchmesser, der sich aus dieser Rohrzahl ergibt. Wird die Option Standardwerte wieder aktiviert, erfolgt automatisch eine Neuauslegung des Wärmeübertragers, wobei WTS wieder auf einen Standardmantel aus der WTS12.TAB zurückgreift. Menüpunkt "Alpha in den Rohren vorgeben" Soll der Wärmeübergangskoeffizient in den Rohren nicht von WTS berechnet werden, sondern ist aus anderen Quellen bekannt (z.b. aus Messungen), so kann dieser Wert nach Anklicken der Option Alpha in den Rohren vorgeben in das Feld Wärmeübergangskoeffizient (innen) auf der WTS-Eingabemaske eingetragen werden. Die Maske Variable freimachen erscheint in diesem Fall nicht, d. h. es wird nicht auf eine abhängige Größe wie z.b. den Rohrdurchmesser, die Rohrzahl, die Strömungsgeschwindigkeit etc. zurückgerechnet. Durch erneutes Anklicken der Option Alpha in den Rohren vorgeben und anschließendem Drücken der Taste F7 wird der Wärmeübergangskoeffizient in den Rohren wieder von WTS berechnet. Handbuch zum Modulpaket WTS Bedienung 21

26 Menüpunkt "Alpha um die Rohre vorgeben" Soll der Wärmeübergangskoeffizient um die Rohre nicht von WTS berechnet werden, sondern ist aus anderen Quellen bekannt (z. B. aus Messungen), so kann dieser Wert nach Anklicken der Option Alpha um die Rohre vorgeben in das Feld Wärmeübergangskoeffizient (aussen) auf der WTS-Eingabemaske eingetragen werden. Die Maske Variable freimachen erscheint in diesem Fall nicht, d. h. es wird nicht auf eine abhängige Größe wie z.b. Abstand der Umlenkbleche, Anzahl der Umlenkbleche etc. zurückgerechnet. Durch erneutes Anklicken der Option Alpha um die Rohre vorgeben und anschließendem Drücken der Taste F7 wird der Wärmeübergangskoeffizient um die Rohre wieder von WTS berechnet. Menüpunkt "Abstand Rohrboden 1. Umlenkblech vorgeben" Der Abstand Rohrboden 1. Umlenkblech wird von WTS in Abhängigkeit vom Abstand der Umlenkbleche und der Gesamtlänge des Wärmeübertragers berechnet. Dieser Wert kann aber auch in einem weiten Bereich vom Anwender vorgegeben werden. Wird der Abstand zwischen Rohrboden und 1. Umlenkblech jedoch unverhältnismäßig groß im Vergleich zum Abstand der Umlenkbleche gewählt, setzt WTS diesen Wert wieder auf den ursprünglichen Wert zurück. Um nun große Werte für den Abstand Rohrboden 1. Umlenkblech vorzugeben, muß die Option Abstand Rohrboden 1. Umlenkblech vorgeben gesetzt werden. Mit dieser Option kann jeder Wert eingegeben werden, der größer als der Abstand der Umlenkbleche ist. Wenn in den Grunddaten die Option Abstand RB-U >d_s gewählt wurde, werden für den Abstand Rohrboden 1. Umlenkblech solche Werte nicht akzeptiert, die kleiner als der Stutzendurchmesser plus einer vom Stutzendurchmesser abhängigen Abklinglänge sind. Menüpunkt Austrittstemperaturen simulieren (nur bei einphasigen Wärmeübergängen) Mit dieser Option wird die stationäre Temperaturverteilung im Wärmeübertrager auf der Basis einer Zellenmethode berechnet. Die Geometriedaten des Wärmeübertragers werden aus WTS automatisch in das Modul ZELL übernommen. Die in jeder Zelle übertragene Wärme wird mit den in WTS berechneten Wärmeübergangskoeffizienten berechnet. Mit dieser Methode wird die treibende Te mperaturdifferenz im Wärmeübertrager wesentlich genauer bestimmt als mit der mittl. log. Termperaturdifferenz ( Tlog). Insbesondere bei mehreren rohrseitigen Durchgängen und einer Überlagerung der Austrittstemperaturen (Cross over) bietet diese Methode die Möglichkeit der Ermittlung der genauen Austrittstemperaturen des Wärmeübertragers. Eventuell vorkommende Inversionen im Wärmeaustausch (d. h. das Heizmedium nimmt an einer lokalen Stelle im Wärmeübertrager wieder Wärme auf bzw. das Kühlmedium gibt lokal Wärme ab) werden erfasst. Diese Option ist nur mit dem Zusatzmodul ZELL zugänglich. 22 Bedienung Handbuch zum Modulpaket WTS

27 Stoffwerte und Wärmebilanz Handeingabe von Stoffwerten Sofern in den "Grunddaten" für eines der Medien "Freie Eingabe" gewählt wurde, müssen die Stoffwerte dieses Mediums vorgegeben werden. Nach Eingabe der Eintritts- und Austrittstemperatur sowie des Druckes auf der WTS-Maske wird das Modul SDAT angelegt. Rufen Sie dieses Modul über ATLAS - KAPITEL aus der Liste der bereits geladenen Module auf und geben Sie dort die Stoffwerte ein. Wenn Sie für beide Tauscherseiten "Freie Eingabe" gewählt haben, werden zwei SDAT-Module angelegt. Feuchte Gase (Berechnung im Grundpaket nicht möglich) können nicht durch das Modul SDAT vereinbart werden. Diese Stoffwerte werden über das Modul HX erzeugt. Handbuch zum Modulpaket WTS Bedienung 23

28 Allgemeine Wärmebilanz Eingabemaske WTS (Wärmebilanz) Der erste Werteblock enthält die Angaben über die Mengen, Drücke und Temperaturen der beiden Medien. Die Reihenfolge der Eingabe dieser Werte ist prinzipiell beliebig. In den meisten Fällen sind die Mengenströme und Temperaturen vorgegeben. Dies bedeutet, daß die Wärmebilanz festliegt. Die genauen Temperaturen oder Mengen werden jedoch erst von den im Programm verwendeten Stoffwerten festgelegt, d.h. die letzte nicht eingegebene Temperatur oder Menge wird zum Schließen der Wärmebilanz vom Programm berechnet. Es ist empfehlenswert, zunächst eines der beiden Medien durch den Massenstrom und die Temperaturen festzulegen. Da die Wärmebilanz bereits durch das erste Medium festliegt, sind die Temperaturen und der Massenstrom des zweiten Mediums nicht mehr frei wählbar. Da die Temperaturen meist die wichtigeren Zielgrößen sind, sollten sie nun vorgegeben werden. Die Bilanz wird durch den zweiten Massenstrom rechnerisch geschlossen. Werden beide Massenströme und drei Temperaturen vorgegeben, so ist die vierte unbekannte Temperatur die Zielgröße. Damit das Programm mit der Berechnung beginnen und in das entsprechende Stoffwertmodul wechseln kann, muß diese Temperatur durch einen Schätzwert vorgegeben werden. Die Eingabe des Schätzwertes erfolgt, indem Sie dem Wert ein "s" anhängen, z.b. 40s. Wird in der Maske sowohl eine Verdampfungsenthalpie als auch ein Anteil für die Flüssigphase (Anteile Phase X) größer Null angegeben, so wird von einer Kondensation ausgegangen. Wenden Sie dieses Verfahren bei der Kondensation beliebiger Reinstoffe an. 24 Bedienung Handbuch zum Modulpaket WTS

29 Stoffwerte und Wärmebilanz für feuchte Gase Mit Hilfe des HX-Moduls kann die Wärmebilanz für feuchte Gase (im Grundpaket nicht möglich) erstellt werden. Die Stoffeigenschaften und die Wärmebilanz werden im Modul HX berechnet und nicht über das Modul SDAT. Zur Charakterisierung des Zustandes der feuchten Gase werden neben den Temperaturen auch noch die relative Feuchtigkeit benötigt. Soll ein Tauscher für die Abkühlung oder Erwärmung von feuchten Gasen ausgelegt werden, so liegt die Wärmebilanz durch die Zustandsänderung des Gases fest. Im Modul HX wird die Wärmeleistung ermittelt und danach der Tauscher im Modul WTS mit dem zweiten Medium dimensioniert. Nach Eingabe des Druckes sowie der Eintritts- und Austrittstemperatur in der Haupteingabemaske von WTS wird automatisch in das Modul HX gewechselt und es erscheint zuerst das Auswahl-Fenster zur Festlegung des Dampfes und des Inertgases (siehe auch "Handbuch zu den Stoffwert-Modulen", Abschnitt "Modul HX"). Nach Betätigung des Buttons "Eingabe bestätigen" gelangen Sie in die Eingabemaske des HX-Moduls. Handbuch zum Modulpaket WTS Bedienung 25

30 Die HX-Eingabemaske ist mit den bekannten Daten der gewählten Stoffe vorbelegt. Es ist sinnvoll, mit der Eingabe der relativen Feuchte des Anfangszustandes zu beginnen. Der Endzustand und somit die Leistung des Tauschers hängt stark von der kondensierten Menge ab. Die relative Feuchte des Endzustandes ist zunächst nicht bekannt und kann auch nicht vorgegeben werden. Es liegt nun an der Vielseitigkeit des Moduls HX (Wasser kann dem System zugeführt oder entnommen werden), daß die relative Feuchte des zweiten Zustandes nicht direkt aus der Temperatur berechnet wird. Dampf ist bei der Zustandsänderung auskondensiert, d.h. die Tautemperatur wurde unterschritten, wenn die relative Feuchte im Zustand % beträgt. Die kondensierte Menge pro kg trockenes Inertgas kann im Feld Feuchtedifferenz abgelesen werden. Wenn der Taupunkt nicht erreicht wird, ergibt sich eine relative Feuchte kleiner als 100 %; die Feuchtedifferenz beträgt 0. Bei reiner Erwärmung von feuchten Gasen ohne Wasserzugabe von außen ist die Feuchtedifferenz prinzipiell Null. Geben Sie Null (kein Blank) in der Maske vor, um die relative Feuchte des Endzustandes zu bestimmen. Um nach WTS zurückzukehren, muß, sofern nicht schon auf der Haupteingabemaske von WTS geschehen, noch der Massenstrom eingegeben werden. Wenn Sie in der HX-Auswahlform für das Inertgas "Freie Eingabe" gewählt haben, müssen Sie jetzt noch in der WTS-Maske die fehlenden Werte für die Wärmeleitfähigkeit und die dynamische Viskosität nachtragen. 26 Bedienung Handbuch zum Modulpaket WTS

31 Geometrische Daten Wenn keine Standardabmessungen, d.h. keine Vorgabegrößen für die rohr- und mantelseitigen Abmessungen getroffen wurden, müssen alle Daten eingegeben werden, die zur Berechnung des Rohrspiegels notwendig sind. Dazu steht Ihnen der zweite Werteblock in der Ein- und Ausgabemaske von WTS zur Verfügung. Eingabemaske WTS (Geometrie) Die Tauscherleistung wird über die Rohrlänge und den Bündeldurchmesser der Wärmebilanz angeglichen. Der sich ergebende Mantelinnendurchmesser wird keinem Standard-Wert angepaßt. Der Rohrspiegel wird selbsttätig für 1 oder 2 mantelseitige Durchgänge generiert. Sind 2 mantelseitige und 4 rohrseitige Durchgänge spezifiziert, so wird vom Programm ein kreuzförmig geteilter Rohrboden mit exakt identischer Rohrzahl in allen Gängen generiert. Wärmeübertrager werden meist auf der Basis festliegender Standardgrößen ausgelegt. Das gilt u.a. für den Manteldurchmesser, die Rohrteilung und die Rohrabmessungen, die Ausführung des rohrseitigen Kopfes und Werte, die z.b. durch die TEMA-Norm festgelegt sind. Dazu kommen noch rohr- und mantelseitige Geschwindigkeiten. Die mantelseitige Geschwindigkeit führt mit den Grenzwerten nach TEMA zur Festlegung des Segmentblech-Abstandes. Die Vorgabe dieser Werte mit dem Menüpunkt "Grunddaten im Menü "Grundeingaben" führt zu einer Tauscherauslegung, die sich innerhalb eines Fertigungsstandards befindet. Die Berechnung des Tauschers beginnt damit unmittelbar nach Festlegung der Wärmeleistung. Handbuch zum Modulpaket WTS Bedienung 27

32 Ergebnisse und Bewertung Das Ende der Berechnung ist erreicht, wenn die Länge des Tauschers festliegt. Dies ist die erforderliche Länge. Es muß nun eine standardisierte Länge (ausgeführte Länge) vorgegeben werden. Mit dieser Länge wird der Tauscher neu berechnet und eine neue erforderliche Länge wird ermittelt. Der Unterschied der beiden Längen zeigt die Reserve der Auslegung. Es ist auch üblich, den Unterschied zwischen ausgeführter Größe und erforderlicher Größe durch einen Ersatz-Verschmutzungsgrad auszudrücken. Dies ist allerdings etwas unanschaulich. Die Längenreserve ist direkt proportional zur Fläche und bietet ein anschauliches Maß der Reserve. Nach Eingabe der Stutzendurchmesser am Eintritt und am Austritt, werden der rohrseitige und der mantelseitige Druckverlust berechnet. Maske WTS (Ergebnisse) Die Berechnung läßt sich nun durch beliebige Veränderungen der entsprechenden Größen in eine gewünschte Richtung lenken. Die Qualität der Berechnung läßt sich z.b. durch eine Parameterstudie feststellen, die Aufschluß über das Verhalten des Tauschers gegenüber Änderungen der zugrunde liegenden Prozeßparameter gibt. 28 Bedienung Handbuch zum Modulpaket WTS

33 Kondensation beliebiger Reinstoffe Mit dem Programm WTS kann ein Kondensator mit Kondensation eines beliebigen Reinstoffes berechnet werden. Die Berechnung eines Kondensators mit Enthitzung des Dampfes, anschließender Kondensation und Unterkühlung des Kondensates ist mit WTS nicht möglich. Wenn in der Auswahlform "Auswahl der Grunddaten" für das Kondensationsmedium "Sattdampf" oder "NH3-Kondensator" gewählt wurde, so wird automatisch von einer Sattdampf (Wasserdampf)- bzw. Ammoniak-Kondensation ausgegangen und WTS wählt für die Berechnung des Wärmeübergangs die entsprechenden Kondensationsansätze. Die Stoffwerte für das kondensierende Medium (Wasser oder Ammoniak) werden selbständig berechnet. Soll ein beliebiger Reinstoff kondensiert werden, muß in der Auswahlform "Auswahl der Grunddaten" für das zu kondensierende Medium "Freie Eingabe" und für den Phasenzustand "gasförmig" gewählt werden. In die WTS-Eingabemaske muss sowohl der Kondensationsdruck als auch die Eintritts- und die Austrittstemperatur eingegeben werden. Für die Eintrittstemperatur geben Sie einen Wert ein, der um 0,1 C größer ist als die Siedetemperatur und für die Austrittstemperatur einen Wert, der um 0,1 C kleiner ist als die Siedetemperatur. Nach Eingabe des Druckes und der Temperaturen wechseln Sie über das Menü "Atlas" und den Menüpunkt "Kapitel" in das bereits geladene Modul "SDAT". In die Eingabemaske von SDAT tragen Sie im oberen Teil auf der linken Seite (Zustand 1) die Stoffwerte der siedenden Flüssigkeit ein (Dichte, spezifische Wärmekapazität, Viskosität und Wärmeleitfähigkeit). Im unteren Teil der Maske wiederum auf der linken Seite (Zustand 1) müssen die Stoffwerte des Dampfes eingegeben werden (Dichte, spezifische Wärmekapazität, Viskosität und Wärmeleitfähigkeit). Ganz am unteren Ende der Maske muß wiederum auf der linken Seite (Zustand 1) die Verdampfungsenthalpie eingetragen werden. Wechseln Sie anschließend wieder zurück in die WTS- Eingabemaske und beenden Sie die Berechnung des Kondensators in der üblichen Weise. Der Druckverlust auf der Kondensationsseite wird nicht berechnet. Handbuch zum Modulpaket WTS Bedienung 29

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35 Das Zusatzmodul WTSC Was kann das Zusatzmodul WTSC? Für die Angebotserstellung, als Grundlage für die Arbeitsvorbereitung oder zur Kontrolle der eigenen Berechnung, ist es oftmals erforderlich eine maßstäbliche Zeichnung zu erstellen, die alle wesentlichen Abmaße enthält und die Art der Konstruktion berücksichtigt. Das Modul WTSC erstellt auf der Basis der Berechnungsdaten aus dem Modul WTS eine maßstäbliche Zeichnung. DIN-Flanschkataloge sind hinterlegt, so daß auch die Flanschdarstellung maßgerecht erfolgt. Die Daten werden in einer DXF-Datei abgespeichert und können mit CAD- Programmen weiterverarbeitet werden. Das Modul WTSC versteht sich als Zusatz zum Programm WTS. Es sollte daher zunächst ein Wärmeübertrager mit dem Programm WTS berechnet werden. Beim Wechsel in das Modul WTSC werden die Daten aus WTS selbsttätig übernommen. Wurde kein Wärmeübertrager mit WTS berechnet, können die entsprechenden Daten auch von Hand nachgetragen werden. Zu ergänzen ist auf jeden Fall die Tauscher- Bauart nach TEMA (verwenden Sie die Option Grafik bzw. die Funktionstaste F3) und die erforderlichen Rohrplattendicke. Werden für die Stutzen Flanschanschlüsse eingegeben, so werden die Stutzen mit den entsprechenden Normflanschen versehen. Da auf den hinterlegten Flanschkatalog zurückgegriffen wird, empfiehlt es sich eine entsprechende Druckstufe (Berechnungsdruck) zu wählen. Das Zusatzmodul WTSC ist nicht im Grundpaket WTS enthalten. Handbuch zum Modulpaket WTS Das Zusatzmodul WTSC 31

36 Beispielrechnung eines Doppelrohrapparates Berechnung eines Doppelrohrapparates mit dem Programm WTS (Konzentrischer Ringspalt) Im Programm WTS erfolgt die Voreinstellung für die Berechnung eines Doppelrohrapparates (Konzentrischer Ringspalt) in der Form "Auswahl der Grunddaten". Diese Form erscheint als erstes nach dem Programmstart. Durch Anklicken der Option "Konzentrischer Ringspalt" im Feld "Optionen der Berechnung" wird die Berechnung initialisiert. Nach Anklicken dieser Option wird die linke Seite der Form mit der Auswahl der Rohrabmessungen, der Manteldurchmesser etc. ausgeblendet. Die Geometriedaten des Doppelrohrapparates sowie die Wärmeleitfähigkeit der Übertragerfläche und die Verschmutzungsfaktoren müssen in der WTS Grundmaske eingegeben werden. Wählen Sie in dieser Form das rohr- und mantelseitige Medium aus und bestätigen Sie Ihre Wahl mit OK. Es öffnet sich die Form Visual WTS. 32 Beispielrechnung eines Doppelrohrapparates Handbuch zum Modulpaket WTS

37 In dieser Form können Sie bereits Ihre Systemdaten für das rohr- und mantelseitige Medium eingeben. Bestätigen Sie Ihre Eingabe wieder mit OK. Das Programm wechselt in die Eingabemaske von WTS. Hier können Sie ebenfalls die Systemdaten (Drücke, Temperaturen, Massenströme) eingeben oder gegebenenfalls korrigieren. Handbuch zum Modulpaket WTS Beispielrechnung eines Doppelrohrapparates 33

38 Geben Sie unter Geometrie die Durchmesser des äußeren und des inneren Rohres sowie die Wärmeleitfähigkeit des inneren Rohres ein. Die Berechnung wird nun gestartet und die erforderliche Bündellänge wird errechnet. Geben Sie die ausgeführte Bündellänge ein d.h. die Rohrlänge, mit der der Apparat gefertigt wird. Mit dieser Rohrlänge wird der Apparat neu berechnet. Da der Wärmeübergang bei der Strömung durch Rohre von der Rohrlänge abhängt, insbesondere bei laminarer Rohrströmung, kann sich die erforderliche Bündellänge nach Eingabe der ausgeführten Bündellänge ändern. Passen Sie die ausgeführte Bündellänge an die erforderliche an. Die Differenz zwischen erforderlicher und ausgeführter Bündellänge entspricht der "Reserve" der Auslegung. Wenn die ausgeführte Bündellänge sehr groß wird und Sie deshalb mehrere Doppelrohre in Reihe schalten müssen, können Sie dies durch Eingabe der Anzahl Tauscher seriell berücksichtigen. Passen Sie wieder die ausgeführte Bündellänge an die erforderliche an. Vervollständigen Sie die Auslegung mit der Berechnung der Druckverluste durch Eingabe der Stutzendurchmesser. 34 Beispielrechnung eines Doppelrohrapparates Handbuch zum Modulpaket WTS

39 Berechnungsbeispiel HX in WTS Berechnungsbeispiel für die Anwendung des Modules HX in WTS Aufgabenstellung: 322 Nm³/h feuchte Luft ( ϕ 1 = 100 %) wird bei ϑ 1 = 53 C und p 1 = 1 bar angesaugt und auf p 2 = 3,5 bar komprimiert. Dabei stellt sich eine Temperatur ϑ 2 = 195 C ein. Diese Luft wird anschließend in den Rohren eines Rohrbündelwärmeübertrager auf ϑ 2 = 40 C abgekühlt, wobei Wasser auskondensiert. Das Kühlmedium ist Wasser, das von 30 C auf 40 C erwärmt wird. Für diese Berechnung muß der Wärmeübertrager in zwei Teilapparate zerlegt werden. 1. Abkühlung des Wasserdampf-Luft- Gemisches von Eintrittstemperatur auf Tautemperatur 2. Abkühlung des Gemisches mit Kondensation von Tautemperatur auf Austrittstemperatur Die beiden Teilapparate müssen getrennt jeweils mit WTS berechnet werden. Vorgehensweise: Vorabrechnungen: a) Berechnung des Feuchtegrades (Wasseranteil) der Luft bei 1 bar und 53 C (Ansaugzustand) mit Modul HX - Starten von HX - Eingabe von Temperatur ϑ1 = 53 C, relative Feuchte ϕ1 = 100 % und Gesamtdruck P1= Pa - Ergebnis: -> Feuchtegrad Sättigung xs1 = 0,1038 kg/kg b) Berechnung der Tautemperatur bei 3,5 bar und einem Feuchtegrad x 1 = 0,1038 mit Modul Hx - Temperatur ϑ1 löschen - Eingabe von Gesamtdruck P1= Pa, relative Feuchte ϕ1 = 100 % und Feuchtegrad x1 = 0, Ergebnis: -> Temperatur ϑ1 = 81,4 C c) Berechnung des Luftmassenstromes (Vorgabe: Normvolumenstrom) Für den Enthitzungsteil wird angenommen, daß das Gasgemisch nur aus Luft besteht (Der Wasserdampf wird wie Luft behandelt. Alternativ können die Stoffwerte des Gemisches auch mit Proper berechnet werden). - WTS starten - In den Grunddaten für das Medium in den Rohren Luft wählen und OK klicken (Medium um die Rohre und Geometrie ohne Bedeutung, da nur Teilrechnung) - In WTS-Maske Eingabe der Normbedingungen: Druck P i = Pa, Eintrittstemp. ϑ e,i = -1 C, Austrittstemp. ϑ a,i = 1 C (= Mittl. Temp. = 0 C), Volumenstrom V i = 322 m³/h = 0, m³/s Ergebnis: -> Massenstrom m i = 0, kg/s Handbuch zum Modulpaket WTS Berechnungsbeispiel HX in WTS 35