Berechnung der thermodynamischen Zustandsgrößen und Transporteigenschaften von Arbeitsfluiden in fortschrittlichen Energieumwandlungsprozessen

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Adolph Schuler
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1 Hochschule Zittau/Görlitz (FH) Fachgebiet Technische Thermodynamik H.-J. Kretzschmar, I. Stöcker, I. Jähne, D. Seibt, M. Kunick Berechnung der thermodynamischen Zustandsgrößen und Transporteigenschaften von Arbeitsfluiden in fortschrittlichen Energieumwandlungsprozessen Universität Rostock, Lehrstuhl für Technische Thermodynamik, 02. Dezember 2005

Kunick Berechnung der thermodynamischen Zustandsgrößen und Transporteigenschaften von

2 Energieumwandlungsverfahren mit CO 2 -Rückhaltung CO 2 Entfernung aus Verbrennungsgas Verbrennung mit Sauerstoff (Oxyfuel) CO 2 Abscheidung durch Brenngasaufbereitung (Fuel Decarbonisation) Verbrennung im Membranreaktor (AZEP) Kessel Gasturbine Kessel Gasturbine (Graz Cycle) Verbrennungsgasgemisch Rauchgas CO 2 + H 2 O Gemisch CO 2 + H 2 O Wasserstoff H 2 Verbrennungsgasgemisch LibIdGasMix LibHuGas LibHuGas LibH2 LibHuGas ρ c p Gemisch Luft + H 2 Feuchte Luft LibIdGasMix LibHuAir Verdichtung, Verflüssigung, Verfestigung, Transport und Einlagerung von CO 2 LibCO2

Verbrennungsgasgemisch Rauchgas CO 2 + H 2 O Gemisch CO 2 + H 2 O Wasserstoff H 2 Verbrennungsgasgemisch LibIdGasMix LibHuGas LibHuGas LibH2

3 Energiespeicherung und Wasserstoffwirtschaft Druckluftspeicher (EU Projekt AA-CAES) Wasserstoffspeicher und Wasserstoffwirtschaft Feuchte Luft unter Druck Wasserstoff unter Druck Flüssiger Wasserstoff LibHuAir LibH2 ρ c p ρ c p Berechnung als ideale Mischung der realen Fluide - trockene Luft nach Lemmon et al. (2000) - Wasserdampf und Wasser nach IAPWS-IF97 Berechnung mit genauester Zustandsgleichung von Younglove (1982)

LibH2 ρ c p ρ c p Berechnung als ideale Mischung der realen Fluide - trockene Luft nach Lemmon et al.

4 Kältetechnik und Wärmepumpen Aktuelle Kältemittel Kältemittel Ammoniak R134a Propan Iso-Butan n-butan Kohlendioxid Bibliothek LibNH3 LibR134a LibPropan LibButan_Iso LibButan_n LibCO2 Berechnung Tillner-Roth et al. (1993) Tillner-Roth und Baehr (1994) Bücker et al. (2004) Bücker et al. (2004) Bücker et al. (2004) Span und Wagner (1996)

LibButan_n LibCO2 Berechnung Tillner-Roth et al.

5 Energieumwandlungspozesse mit Stoffgemischen Dampfturbinenkraftwerk mit Gemisch NH 3 + H 2 O (Kalina Prozess) Absorptionskältemaschinen Absorptionswärmepumpen Gemisch NH 3 + H 2 O Gemische NH 3 + H 2 O H 2 O + LiBr Gemische NH 3 + H 2 O H 2 O + LiBr Bibliotheken LibAmWa für NH 3 + H 2 O nach Tillner-Roth und Friend (1998) LibWaLi für H 2 O + LiBr nach Kim und Infantre Ferreira (2004)

NH 3 + H 2 O H 2 O + LiBr Gemische NH 3 + H 2 O H 2 O + LiBr Bibliotheken LibAmWa für NH 3 + H 2

6 Entwicklung von Hochtemperaturreaktoren Kühlmittel Helium Bibliothek LibHe Berechnung mit genauester Zustandsgleichung von McCarty (1990)

7 The following thermodynamic and transport properties can be calculated: Thermodynamic Properties Saturation pressure p s Saturation temperature T s Density ρ Specific volume v Enthalpy h Internal energy u Entropy s Exergye Isobaric heat capacity c p Isochoric heat capacity c v Isentropic exponent κ Speed of sound w Surface tension σ Transport Properties Dynamic viscosity η Kinematic viscosity ν Thermal conductivity λ Prandtl-number Pr Backward Functions T, v, s (p,h) p, v, h (T,s) T, v, h (p,s) p, T, v (h,s)

Isochoric heat capacity c v Isentropic exponent κ Speed of sound w Surface tension σ Transport Properties Dynamic viscosity η

8 Add-In FluidEXL Graphics for Excel Thermodynamic Charts: - T-s diagram - h-s diagram - log p-h diagram - log p-log v diagram - log p-t diagram - p-t diagram - T-h diagram - T-log v diagram - log p-s diagram - h-log v diagram - s-log v diagram - h-x diagram for humid air

p-t diagram - p-t diagram - T-h diagram - T-log v diagram - log p-s

9 Library FluidMAT for Mathcad

10 Software for Pocket Calculators Software for calculating thermodynamic and transport properties for - Water and steam - Combustion Gases and - Humid air FluidTI TI 92 FluidCasio TI 83 TI 84 TI 89 CFX-9850 ALGEBRA FX 2.0 TI Voyage 200 Example: Calculation of the Enthalpy of Steam Using FluidTI FluidHP Choice of the function h = f(p,t,x) Input of the parameters p, t and x Result for enthalpy HP 48 HP 49

11 Property Libraries for Calculating Heat Cycles and Turbines Water and Steam Humid Combustion Gases Humid Air Library LibIF97 Library LibIdGas Library LibIdAir - Industrial Formulation IAPWS-IF97 - Supplementary Standards Ideal gas mixture (VDI-Guideline 4670) Library LibHuGas Ideal mixture of the real fluids: CO 2, H 2 O, N 2, O 2 und Ar and of the ideal gases: SO 2, CO, Ne (scientific equations of Bücker et al.) Ideal gas mixture Library LibHuAir Ideal mixture of the real fluids Carbon Dioxide Ideal Gas Mixture Refrigerants Library LibCO2 Formulation of Span and Wagner Hydrogen Library LibH2 Formulation of Younglove Helium Library LibHe Formulation of McCarty Library LibIdGasMix Ideal mixture of the ideal fluids: Ar Ne N 2 O 2 CO CO 2 Air NO H 2 O SO 2 H 2 H 2 S OH He F 2 NH 3 Methane Ethane Ethylene Propylene Propane n-butane Iso-Butane Benzene Methanol Mixtures in Absorption Processes Ammonia & Water Library LibAmWa Water & Lithiumbromide Library LibWaLi Ammonia Library LibNH3 R134a Library LibR134a Propane Library LibPropan Iso-Butane Library LibButan_Iso n-butane Library LibButan_n

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