Numerische Simulation des dynamischen Verhaltens eines Zwangdurchlauf-Hochdruckverdampfers

Abstract

Im Rahmen dieser Diplomarbeit wird ein Zwangdurchlauf-Hochdruckverdampfer eines horizontalen Abhitzekessels auf seine dynamische Stabilität untersucht. Nach einer kurzen Einleitung, in der die Rahmenbedingungen für Abhitzedampferzeuger erläutert werden und die Aufgabenstellung dargestellt wird, erfolgt die Beschreibung des betrachteten Abhitzedampferzeugers. Insbesonders wird dabei auf den Hochdruckverdampfer und die in den Rohrleitungen auftretenden Strömungsformen eingegangen. Im Anschluss werden die verschiedenen Arten von Strömungsinstabilitäten vorgestellt. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die dynamischen Strömungsinstabilitäten gelegt. Um die numerische Untersuchung durchführen zu können, sind Modelle für die Ein- und Zweiphasenströmung notwendig. Das Modell der homogenen Zweiphasenströmung und das Modell der separierten Phasen werden kurz erläutert und die Grenzen der Anwendung beschrieben. Für die numerische Lösung der Differenzialgleichungen kommt das Softwarepaket APROS zum Einsatz. Dieses Programm verwendet zur Modellierung der Zweiphasenströmung das Modell der separierten Phasen. Weiters wird die Modellbildung für den Hochdruckverdampfer und seiner Komponenten dargestellt und begründet. Es werden verschiedene Modellvarianten untersucht, um den Einfluss von Rohrdurchmesser und Drosseln auf die Stabilität des Dampferzeugers zu analysieren. Die Randbedingungen für die numerische Simulation, sowie die sprung- und impulsförmigen Änderungen der Rauchgastemperatur als Störgröße für das untersuchte System werden beschrieben. Die verwendeten Einstellungen im Simulationsprogramm für die numerische Simulation werden angegeben.<br />Anschließend erfolgt die Präsentation der Ergebnisse und die Erläuterung der auftretenden Phänomene. Für bestimmte Kombinationen von Modellvarianten, Lastfällen und Störungen können dynamische Instabilitäten beobachtet werden.<br />Abschließend erfolgt eine Schlussfolgerung für die Bauweise des Hochdruckverdampfers auf Basis der Simulationsergebnisse.