Jun

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Prädiktive Analyse der Leistungen eines Zweiphasenzyklus mit Simcenter Amesim

Bei der dynamischen Performance-Analyse von Systemen mit Zweiphasenfluid, wie dem einer Wärmepumpe, erweist sich die dynamische Systemsimulation als ideales Mittel. Simcenter Amesim enthält ein Modellset für die Darstellung eines Clausius-Rankine-Kreisprozesses für Kältemaschinen und Wärmepumpen. 

Im nachfolgenden Video wird der Fall einer Wärmepumpe mit den folgenden Eigenschaften analysiert:

  • R410A
  • Kondensationstemperatur: -10°C
  • Unterkühlung am Kondensatorausgang: -5°C
  • Verdampfungstemperatur: 45°C
  • Überhitzung am Verdampferausgang: 10°C

Mit diesen Informationen kann der Zyklus komplett definiert werden (bei isentropischer Verdichtung), so dass sich nun die Heizzahl oder COP (Coefficient of Performance) des Systems berechnen lässt.

In diesem Video sehen Sie, wie sich in Simcenter Amesim eine Wärmepumpe modellieren lässt:

Alle Details dazu nachfolgend in 3 Schritten:

Die neuen Features von Simcenter Amesim 2019.1 vereinfachen den Modellierungsprozess dank einer neuintegrierten Datenbank von Kühlmitteln und ihren Eigenschaften.

Die einzelnen Kühlmitteleigenschaften und eine Anzeige der Zyklen und der Eigenschaften des Kühlmittels im dynamischen Gleichgewicht sind ebenfalls verfügbar.

As a first step, it is important to know what the condensing and evaporating pressures are. Using the two-phase fluid properties app of Simcenter Amesim, these are very easily obtained:

  • Condensing pressure: P=27.27barA
  • Evaporating pressure: P=5.73barA

Nach Öffnen der App für die Analyse des thermodynamischen Zyklus wird der Zyklus erstellt.

Ein Vorteil der App besteht darin, dass die einzelnen Komponenten nicht in den Bibliotheken gesucht werden muss.

#1 KontextWählen Sie das zu verwendende Kühlmittel und sehen Sie dessen Eigenschaften ein. Dem Nutzer von Amesim Simcenter steht eine komplette Datenbank an Zweiphasen-Kühlmitteln zur Verfügung, deren Zustandsgleichung ausgewählt werden kann.

Fluid selection

#2 Settings: Definieren Sie die thermodynamische Transformation und sehen Sie den P-h Zyklus und das T-s Diagramm ein. Für jeden Inlet-Outlet-Transformationspunkt können bestehende Punkte verwendet werden, oder Sie können sie neu definieren. Im nachfolgenden Screenshot ist der Verdampfer mit der vorherigen Ausdehnung verbunden, der Outlet-Status wurde mit einem Nullverlust und einem Überhitzungsziel von 5°C definiert.

#3 Post Processing: Es werden die wichtigsten Punkte der  Transformationen dargestellt. Durch Festlegen der erwünschten Leistung (Kompression) und der nutzbaren Wärmeübertragung (Verdampfer) wird der COP automatisch mit 3.4825 berechnet.

In diesem Fall entspricht der COP einem idealen Zyklus, da verschiedene Hypothesen aufgestellt wurden:

  • sowohl am Kondensator als auch am Verdampfer Nullverlust
  • isentropische Ausdehnung mit Null-Wärmeübertragung im System
  • ein Kompressionstatus mit einer Effizienz von 1 (isentropisch)

Diese letzte Hypothese wird nun verändert, da sie den COP am meisten beeinflusst. Der neue COP-Wert nach Variation der Effizienz der isentropischen Kompression ist nun der Folgende:

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This article is repubblished from the Simcenter Blog, https://community.plm.automation.siemens.com/t5/System-Simulation-Knowledge-Base/Early-evaluation-of-two-phase-flow-cycle-performances-with/ta-p/584687, by  

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