Global setup

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Hier werden die globalen Einstellungen des Projektes vorgenommen, die für alle Komponenten gelten.

Je nach Projekttyp sind abweichende Eingabewerte notwendig (siehe weiter unten). Das linke Bild zeigt exemplarisch den Dialog für Pumpen, das rechte für Verdichter.

Design point

Hier müssen die Auslegungsdaten für den Nennpunkt eingegeben werden:

(1) Förderstrom

bei Pumpen, Ventilatoren, Hydroturbinen: Volumenstrom Q oder Massenstrom ṁ

bei Verdichtern: Massenstrom ṁ oder Volumenstrom Q (bezogen auf Ruhesaugzustand)

bei Gasturbinen: Massenstrom ṁ

(2) Energieübertragung

bei Pumpen: Förderhöhe H oder Totaldruckdifferenz Δpt

bei Ventilatoren: Totalduckdifferenz Δpt

bei Verdichtern: Totaldruckverhältnis πt oder Totaldruckdifferenz Δpt oder spezifische Förderarbeit Y

bei Gasturbinen: Ruhedruckverhältnis πtt oder Druckverhältnis (total-statisch) πts

bei Hydroturbinen: Förderhöhe H

(3) Drehzahl n

Energieübertragung und Drehzahl können separat für jedes Laufrad im Projekt festgelegt werden, siehe Hauptabmessungen.
Die Summe der Energieübertragungen aller Laufräder in mehrstufigen Maschinen sollte identisch sein mit dem Wert im Global Setup.

Fluid

In diesem Bereich werden die Eigenschaften des Fördermediums festgelegt.

Es muss ein vordefiniertes Fluid aus dem Fluid-Manager ausgewählt werden. Die Liste vorhandener Fluide kann im Fluid-Manager bearbeitet werden.

Für Verdichter und Turbinen muss zusätzlich eines der folgenden Gasmodelle ausgewählt werden: Perfect (Idealgas), Redlich-Kwong, Aungier/ Redlich-Kwong, Soave/ Redlich-Kwong, Peng-Robinson oder CoolProp.

Für Pumpen können die Fluideigenschaften durch die Bibliothek CoolProp ermittelt werden, wenn das Fluid dort gelistet ist. Wenn das nicht der Fall ist, ist nur das Modell User defined verfügbar, und es wird eine konstante Dichte angewendet.

Inlet conditions

Hier muss der Ruhezustand am Eintritt durch Ruhedruck pt und Ruhetemperatur Tt beschrieben werden. Letzteres gilt nur für Verdichter und Turbinen. Für Pumpen und Ventilatoren ist der Eintrittsruhedruck nicht designrelevant. Er wird aber in den Exportinterfaces für die CFD benutzt sowie für die Berechnung von informativen Werten in den Interfaces aller Komponenten.

Optional

Hier können einige optionale Parameter definiert werden, deren Standardwerte normalerweise unverändert bleiben:

Drehrichtung des Laufrades (Direction of rotation), gesehen in negative Achsrichtung.

Außerdem kann ein zusätzlicher Wirkungsgrad (Additional efficiency) definiert werden, der alle zusätzlichen (untypischen) Strömungsverluste in Laufrädern und nicht rotierenden Komponenten beinhaltet. Dieser wird in Verbindung mit den beim Laufradentwurf definierten Wirkungsgraden zur Laufraddimensionierung genutzt und ermöglicht Aussagen zum Gesamtwirkungsgrad.

Vordrall (Pre-Swirl) [ nur für Pumpen, Ventilatoren, Verdichter ]
Hier wird - wenn vorhanden - der Drall der Zuströmung angegeben (Hub/ Shroud). Dafür stehen folgende Möglichkeiten zur Verfügung:

 

Strömungswinkel

Drallzahl

Drallenergiezahl

Gleichdrall

Gegendrall

drallfrei

α < 90°

α > 90°

α = 90°

δr < 1

δr > 1

δr = 1

δY > 0

δY < 0

δY = 0

Gegendrall vergrößert die Energieübertragung, Gleichdrall verringert sie. Drallfreie Zuströmung ist in der Regel bei gerader Zuströmung durch eine einfache Rohrleitung gegeben.

Die einzelnen Größen können ineinander umgerechnet werden:

   

Zu beachten ist hierbei jedoch, dass ein Umrechnung δr - α nur für bestimmte Durchmesser dH und dS gilt.

Values

Mit Ausnahme der Radialturbinen wird die generelle Meridianform der Maschine, in Abhängigkeit von der spezifischen Drehzahl, im rechten Bereich Values dargestellt:

radial

halbaxial
(diagonal)

axial

 

Außerdem sind einige Berechnungsgrößen dargestellt:

spezifische Drehzahl

dient zur Kennzeichnung des Laufradtyps (Radformkennzahl)
(siehe Definition der Spezifischen Drehzahl)

spezifische Förderarbeit Y

Pumpen, Ventilatoren Hydroturbinen:
  Y = gH = Δpt

Verdichter, Gasturbine (Idealgas-Modell):
 

Förderleistung PQ

Pumpen, Ventilatoren:
  PQ = ρgHQ

Massenstrom m

Pumpen, Ventilatoren, Hydroturbinen:
 

Verdichter:
  (Dichte entsprechend Gas-Modell)

Totaldruck-Differenz Δpt

Pumpen, Ventilatoren:
  Δpt = ρgH

Verdichter:

Eintritts-Ruhevolumenstrom

(Dichte entsprechend Gas-Modell)

Eintritts-Schallgeschwindigkeit

(Idealgas-Modell)

Eintrittsdichte

(Dichte entsprechend Gas-Modell)

Austritts-Ruhedruck

 

Austritts-Ruhetemperatur (isentrop)

(Idealgas-Modell)

Gasturbine:

Eintritts-Ruhevolumenstrom

(Dichte entsprechend Gas-Modell)

Ruheschallgeschwindigkeit am Eintritt

(Idealgas-Modell)

Eintrittsdichte

(Dichte entsprechend Gas-Modell)

Ruhedruck (isentrop) am Austritt oder

Statischer Druck am Austritt (isentrop)

Ruhetemperatur (isentrop) am Austritt oder

Statische Austrittstemperatur (isentrop)

(Idealgas-Modell)

(Idealgas-Modell)

Hydroturbine:

Netto Fallhöhe

Cordier

Das Cordier-Diagramm enthält den Zusammenhang zwischen spezifischer Drehzahl und spezifischem Durchmesser.

Siehe Cordier.

Allgemeine Bemerkungen

In der Regel werden einstufige, einflutige Maschinen angestrebt – also ein nq-Bereich zwischen 10 und 400.

Nur in Ausnahmefällen ist es erforderlich, Laufräder für extrem kleine spezifische Drehzahlen (nq < 10) zu entwerfen. Hier entstehen sehr große und schmale Laufräder, bei denen ein ungünstiges Verhältnis von Strömungsquerschnitt zu benetzter Oberfläche und damit sehr große Reibungsverluste auftreten. In diesem Fall sollte man entweder die Drehzahl n oder den Förderstrom Q erhöhen bzw. die Förderhöhe H durch Reihenschaltung mehrerer Laufräder verringern.

Treten im anderen Fall zu große spezifische Drehzahlen (nq > 400) auf, so kann man die Drehzahl n oder den Förderstrom Q durch Parallelschaltung mehrerer Laufräder verringern.

Hinweis: die Anwendung von CFturbo ist derzeit für einen Bereich von etwa 10 < nq < 400 vorgesehen – radiale, halbaxiale und axiale Laufräder.

 

Mögliche Warnungen

Problem

Lösungsmöglichkeiten

Energy transmission of all impellers is different to globally defined value.

Die Summe der Energieübertragung, die für jedes Laufrad definiert wurde, weicht vom global definierten Wert im Global setup ab.

Die Energieübertragung jedes Laufrades (siehe Hauptabmessungen) sollte überprüft und angepasst werden, um insgesamt den global definierten Wert des Global setup zu erreichen.

Total inlet pressure too small.

Nur für Hydroturbinen: Fallhöhe und Ruhedruck am Eintritt ergeben einen Austrittsdruck, der kleiner als Null ist:

.

Der Ruhedruck am Eintritt sollte erhöht werden.

Pressure and temperature not within the liquid phase of the fluid.

Wenn das Fluidmodell CoolProp gewählt wurde, werden die Fluideigenschaften als Funktion von Druck und Temperatur berechnet. Falls Druck und Temperatur nicht oberhalb der Dampfdruckkurve liegen, ist der Fluidzustand nicht valide.

Vergrößerung des Eintrittsdrucks, Verringerung der Eintrittstemperatur.