Bedienung

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 VERD 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 wenigen Werten wie z.B. Temperaturen, Drücke, Massenströme) wird ein konstruktionsgerechter Rohrspiegel erzeugt und der Wärmeübertrager ausgelegt.

Vor Beginn der Berechnung sollten der Typ und der grundsätzliche Aufbau des Wärmeübertragers 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:

Unter Rohrabmessungen sind verschiedene Standardrohre entsprechend den DIN-Normen vorgegeben.

Die Angaben 25 x 2 Bü-Ma 12 Bieger. 37 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 bei der Berechnung vom Anwender noch auf der VERD-Eingabemaske nachträglich geändert werden. Wenn in der Form 'Auswahl der Grunddaten' die Option 'TEMA Standard' gewählt wurde, wird der Mindest-Abstand zwischen Rohrbündel und Mantel nach TEMA berechnet und kann nicht mehr geändert werden. Soll der Wert geändert werden, so muss die Option 'TEMA Standard' in der 'Auswahl der Grunddaten' deaktiviert werden.)

·    Biegeradius bei U-Rohren 37 mm

Die Angabe bezieht sich auf den kleinstmöglichen Biegeradius. Dieser wird im Wesentlichen vom Rohrdurchmesser, von der Wanddicke und vom Rohrmaterial bestimmt.
Biegeradien für einige Rohre aus C-Stahl und CrNi-Stähle

Werden die am nächsten an der Apparatemittellinie gelegenen Rohre über Kreuz gebogen oder werden die einzelnen Gänge durch Trennwände in den Hauben voneinander getrennt, sollte anstatt des Biegeradius die Gassenbreite angegeben werden.

Die Gassenbreite ist der lichte Abstand der Rohre zwischen zwei Gängen. Die Gassenbreite ergibt sich aus dem Biegeradius:

Gassenbreite = 2 · Biegeradius - Rohraußendurchmesser

Abstand und Anordnung der Rohre im Rohrbündel.

Die Anordnung der Rohre im Rohrbündel wird über die Querteilung, die Längsteilung und den Teilungswinkel bestimmt.

·         Querteilung ist der Abstand der Rohrmittelpunkte zweier benachbarter Rohre in einer Rohrreihe quer zur Strömungsrichtung.

·         Längsteilung ist der Abstand zweier benachbarter Rohrreihen in Strömungsrichtung, jeweils von Rohrmittelpunkt zu Rohrmittelpunkt.

Die Quer- und die Längsteilung sind über den Teilungswinkel miteinander verknüpft.

Es bedeuten 32 x 60°

Querteilung 32 mm

Teilungswinkel 60°

Es gibt vier gebräuchliche Rohrteilungen, wobei die 60° Teilung die gängigste ist.

a) Dreiecks-Teilungen mit 60° und 30°

Mit den Dreiecks-Teilungen lässt sich die größte Rohrdichte im Mantel erreichen, d.h. in einem gegebenen Mantel können ca. 15% mehr Rohre untergebracht werden als mit einer quadratischen Teilung. Außerdem ist der Wärmeübergang besser als bei den quadratischen Teilungen, d.h. mit der gleichen Fläche kann eine größere Leistung übertragen werden als mit einer quadratischen Teilung.

Die Nachteile der Dreiecksteilungen sind:

·    Es ist keine mechanische Reinigung der Rohraußenseite möglich.

·    Der Druckverlust ist größer als bei einer quadratischen Teilung.

b) Quadratischen Teilungen mit 45° und 90°

Eine quadratische Teilung sollte für alle Wärmeübertrager vorgesehen werden, bei denen auf der Mantelseite mit einer größeren Verschmutzung und mit Reinigung der Rohroberflächen zu rechnen ist.

Die 45° Teilung bewirkt im laminaren Bereich durch die Turbulenzverbesserung einen besseren Wärme-übergang als die 90° Teilung.

Wenn der Druckverlust limitierend ist, sollte im turbulenten Bereich die 90° Teilung verwendet werden.

Umrechnung von Teilungen

Bei der 60° Teilung sollte die Querteilung ca. 1,25 -1,5 mal dem Rohraußendurchmesser sein.

Mit der Option „Umrechnung von Teilungen“ können dann die Querteilungen der entsprechenden 30°, 45° und 90° berechnet werden.

Unter Manteldurchmesser ist 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 bei der Berechnung auf der VERD-Eingabemaske nachträglich geändert werden.)

>> Der Mindestabstand der Umlenkbleche sollte nicht kleiner als 20% des Mantelinnendurchmessers sein, jedoch mindestens 50 mm betragen.

Haben Sie für den Manteldurchmesser "Freie Eingabe / Auslegen" gewählt, wählt das Programm während der Berechnung des Wärmeübertragers selbständig einen Mantel aus der Liste 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.

Der Mantel kann nachträglich geändert werden, indem entweder in der Form „Auswahl der Grunddaten ein neuer Mantel gewählt wird, oder in der VERD-Maske der Mantelaußendurchmesser und die Wanddicke eingegeben werden. Auch ist es möglich auf der VERD-Maske die Rohrzahl einzugeben. Das Programm wählt dann aus den hinterlegten Mänteln den Mantel aus, der die eingegebene Rohrzahl aufnehmen kann. Da der Mantel immer vollständig berohrt wird, werden die eingegebene Rohrzahl und die berechnete Rohrzahl in der Regel nicht übereinstimmen. Damit das Programm den nächstgrößeren Mantel wählt, reicht es die Rohrzahl geringfügig zu erhöhen. Soll ein kleinerer Mantel gewählt werden, muss die Rohrzahl deutlich verringert werden.

Wird die Option „Standardwerte“ deaktiviert und eine Rohrzahl eingegeben, ermittelt das Programm genau den für diese Rohrzahl notwendigen Mantelinnendurchmesser. Dies ist in der Regel kein DIN-Mantel, d.h. der Mantel muss gefertigt werden

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.

Die Angabe der Einbaulage ist bei Verdampfungsvorgängen wichtig, da je nach Aufstellungsart des Wärmeübertragers für die thermische Berechnung unterschiedliche Korrelationen verwendet werden müssen.

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, liegen Rohrzahl und somit auch 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 Eingabefeld überschrieben werden.

Richtwerte für die Strömungsgeschwindigkeit in den Rohren

(Quelle: Walter Wagner, Wärmeübertrager)

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    geprüft werden. Dieser dynamische Druck berücksichtigt den Einfluss der Fluidmasse.

Das Produkt   in den Rohren sollte bei Flüssigkeiten den Wert von 9000 kg/(m·s²) nicht überschreiten.

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 bei Bedarf korrigiert.

Der Wert für die gewünschte Strömungsgeschwindigkeit im Mantelraum kann jederzeit vom Anwender durch einen Klick auf das Eingabefeld überschrieben werden.

Richtwerte für die Strömungsgeschwindigkeit im Mantel

Nach oben ist die Strömungsgeschwindigkeit infolge von Schwingungen, Kavitation und Erosions-erscheinungen begrenzt. Um Erosion in den Ein- und Austrittsbereichen zu vermeiden, sollte zusätzlich zur Geschwindigkeit auch das Produkt aus Dichte und quadrierter Fluidgeschwindigkeit ρ·v² geprüft werden. Dieser dynamische Druck berücksichtigt den Einfluss der Fluidmasse.

Maximalwerte für das Produkt ρ·v² auf der Mantelseite (TEMA Standard)

¹⁾ Geschwindigkeit bezieht sich auf die Geschwindigkeit im Stutzen

²⁾ Geschwindigkeit bezieht sich auf die Geschwindigkeit in der ersten Rohrreihe

Für alle anderen Gase und Dämpfe sowie alle gesättigten Dämpfe und für Flüssigkeit-Gas-Gemische ist ein Prallblech am Eintritt vorzusehen.

Das rohr- und mantelseitige Medium wird durch Öffnen der Pull-Down Menüs und Anklicken der gewünschten Stoffe gewählt. Der Phasenzustand der Medien, "flüssig, 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", „Kältemittel“, "Proper" und "STAB" (vom Anwender erstellte Stoffwerttabellen) für das Heizmedium 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" für das zu verdampfende Medium oder das Heizmedium müssen die jeweiligen Stoffwerte von Hand eingegeben werden

(siehe:  "Handeingabe von Stoffwerten "Freie Eingabe"").

Das Grundpaket VERD verfügt über verschiedene Einzelstoffwert-Module:

Diese Liste ist durch Einfügen weiterer Stoffwertmodule, die nicht im Grundpaket enthalten sind, erweiterbar. Außerdem kann das LV Stoffdaten-Programm 'PROPER' (sofern erworben) eingebunden werden, dessen Datenbank über 800 Stoffe enthält.

PROPER liefert die Stoffdaten von reinen Stoffen und Stoffgemischen. Die freie Eingabe von Stoffwerten mit Hilfe des Moduls S-DAT ist 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.

Bei der Verdampfung im Mantelraum (Behältersieden) werden die Stoffdaten der Verdampferrohre in Form der Wärmeeindringzahl ‚b‘ berücksichtigt

Bei der Verdampfung in den Rohren (Strömungssieden, Nucleate boiling in pipe flow) werden die Stoffdaten der Verdampferrohre nicht benötigt.

In der Auswahlbox „Rohrmaterial“ sind für einige gängige Rohrmaterialien die Stoffwerte hinterlegt.

λ        Wärmeleitfähigkeit [W/(m·K)]

ρ       Dichte [kg/m³]

c_p      Spezifische Wärmekapazität [J/(kg·K)]

Verwenden Sie Verdampferrohre aus einem anderen Material, so wählen Sie „Freie Eingabe“. In diesem Fall sind die Stoffdaten der Verdampferrohre in der VERD-Eingabemaske einzutragen.

Sie können auch ihre eigenen Materialdaten hinterlegen. Wählen Sie „Rohrmaterial speichern“ um einen neuen Datensatz anzulegen.

Geben Sie hier Name, Wärmeleitfähigkeit [W/(m·K)], Dichte [kg/m³] und die Spezifische Wärmekapazität [J/(kg·K)] ein. Die Daten stehen jetzt im Programm zur Verfügung.

Standardmäßig werden in VERD Segmentumlenkbleche berechnet. Die Fenstergröße sollte zwischen 15% und 40 % des Mantelinnendurchmessers betragen.

Abstand der Umlenkbleche

Der Abstand der Umlenkbleche wird gemäß der gewünschten Strömungsgeschwindigkeit im Mantelraum vom Programm berechnet (siehe: . Dabei wird zuerst der Abstand zwischen dem Rohrboden und dem 1. Umlenkblech gleich dem Abstand der Umlenkbleche gesetzt (siehe Abstand Rohrboden - 1.Umlenkblech vorgeben). Gewünschte Strömungsgeschwindigkeit im Mantelraum

Der Abstand der Umlenkbleche kann nachträglich in der VERD-Maske eingegeben werden.

Mit der Option 'Keine Rohre in den Fenstern' wird ein Rohrspiegel erzeugt, bei dem die Fensterzonen nicht berohrt sind. (siehe  Segmentumlenkbleche)

Anwendungsfälle:

·          Vermeidung von Rohrschwingungen

·          Die freie Rohrlänge wird auf den Abstand der Umlenkbleche reduziert. In der Fensterzone beträgt die freie Rohrlänge zweimal den Abstand der Umlenkbleche.

·          Deutliche Reduzierung des Druckverlustes in den Fensterzonen

Mit der Option "Mantel ohne Umlenkbleche" können Rohrbündel-Wärme­übertrager ohne Umlenkbleche im Mantelraum berechnet werden. Im Gegensatz zum Doppelrohr-Wärmeübertrager, der nur aus einem äußeren und einem inneren Rohr besteht, wird bei 'Mantel ohne Umlenkbleche" ein Rohrbündel vorausgesetzt.

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 Bündeltyps liegt auch der Mindestabstand Bündel - Mantel über den TEMA-Code fest.

Die Option "Doppelrohr-Wärmeübertrager" ermöglicht die Berechnung eines Wärmeübertragers, der aus einem inneren und äußeren Rohr besteht. Das Innenrohr und das Mantelrohr können aus den Auswahlfeldern auf der linken Seite gewählt und später auf der VERD-Maske nachträglich geändert werden.

Mit dem Button "Rohrspiegelbibliothek" können Sie die Werte eines von Ihnen erstellten Rohrspiegels aus Ihrer Rohrspiegelbibliothek in das Programm übernehmen. Nach Betätigung dieses Buttons erscheint eine Tabelle, in der Sie den gewählten Rohrspiegel anklicken müssen.

Durch Anklicken von "Rohrspiegel laden" übernehmen Sie die Werte aus dem Rohrspiegel. Mit "Bearbeitung beenden " gelangen Sie zurück in das Grunddaten-Menü. Bereits gewählte Größen wie z.B. der Rohr- oder Manteldurchmesser werden durch diese Datenübernahme überschrieben.

>> Die Erstellung, die Bearbeitung und das Speichern des Rohrspiegels in der Rohrspiegel-Bibliothek ist nur im Modul SPIE möglich.

Nach beendeter Gunddatenauswahl bestätigen Sie Ihre Wahl mit "OK". Es öffnet sich eine weitere Auswahlform.

Durch einen Klick auf den entsprechenden Button legen Sie die Anzahl der rohrseitigen Durchgänge und den Bündeltyp fest. Bereits hier können die Systemdaten (Temperaturen, Drücke, Massenströme bzw. Wärmeleistung) vorgeben werden. Diese Werte können aber auch in die VERD-Grundmaske eingegeben werden.

Auswahl der rohrseitigen Durchgänge und des Bündeltyps

TIPP  zur Einheitenumwandlung

Von der VERD-Eingabemaske steuert der Anwender den Ablauf seiner Berechnung. Von hier aus kann er in alle anderen Module wechseln.

In der VERD-Eingabemaske sind alle notwendigen Eingabemöglichkeiten zur Berechnung eines Verdampfers 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" / "Kapitel".

VERD besitzt speziell das Menü "GRUNDEINGABEN"

Eingabemaske und Menü "Grundeingaben"

Über diesen Menüpunkt gelangen Sie wieder zurück in die Auswahlform "Auswahl der Grunddaten" und können dort die Rohre und die Rohrteilung ändern oder einen neuen Mantel wählen.

Mit diesem Menüpunkt ist die Ausgabe eines Spezifikationsblattes für eine abgeschlossene Berechnung in EXCEL möglich. EXCEL muss dazu installiert sein!

Die Sprache Deutsch, Englisch oder Französisch wählen Sie – sofern erworben - über das Menü „Sprache“ im Programm.

Über das Menü KUDO wird ein Datenblatt des Wärmeübertragers erzeugt, das im Vergleich zur WTS-Eingabemaske deutlich weniger Einträge enthält und für die Angebotsphase hilfreich ist. Diese eingeschränkte Dokumentation zeigt neben den Leistungsdaten nur noch wenige Geometriedaten, wie z.B. Manteldurchmesser und Rohrlänge.

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 hellgrau 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.

Ist die Option aktiviert (gekennzeichnet durch ein Häkchen), greift VERD bei der Auslegung eines Wärmeübertragers auf vorgewählte Abmessungen und auf Standardwerte zurück. Wird bei der Optimierung eines Wärmeübertragers z.B. die Rohrzahl vom Anwender neu eingegeben, wählt VERD den Mantel aus, in dem diese Anzahl von Rohren gerade noch untergebracht werden kann.

Wird die Option deaktiviert und die Rohrzahl nun neu eingegeben, berechnet VERD genau den Mantelinnendurchmesser, der sich für diese Rohrzahl ergibt. Wir die Option wieder aktiviert, erfolgt automatisch eine Neuauslegung des Wärmeübertragers, wobei VERD wieder auf einen hinterlegten Standardmantel zurückgreift.

Der aktuelle Rohrspiegel wird im Grafik-Fenster angezeigt. Änderungen in der Eingabemaske werden dynamisch in der Grafik nachgeführt.

Soll der Wärmeübergangskoeffizient in den Rohren nicht von VERD berechnet werden, sondern ist aus anderen Quellen bekannt (z.B. aus Messungen), kann dieser Wert nach Anklicken der Option „Alpha in den Rohren vorgeben“ in das Feld „Wärmeübergangskoeffizient (innen)“ auf der VERD-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“ wird der Wärmeübergangskoeffizient in den Rohren wieder von VERD berechnet.

Soll der Wärmeübergangskoeffizient um die Rohre nicht von VERD 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 VERD-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“ wird der Wärmeübergangskoeffizient um die Rohre wieder von VERD berechnet.

Vor Eingabe der Mantelstutzen wird der Abstand Rohrboden – 1. Umlenkblech gleich dem Abstand der Umlenkbleche gesetzt. Nach Eingabe der Stutzendurchmesser wird überprüft, ob der Abstand zwischen dem Rohrboden und dem ersten Umlenkblech kleiner als der Stutzendurchmesser plus einer vom Stutzendurchmesser und vom Manteldurchmesser abhängigen Abklinglänge ist. Ist dies der Fall, wird der Abstand Rohrboden – 1. Umlenkblech automatisch vergrößert.

Damit wird vermieden, dass sich das erste bzw. das letzte Umlenkblech unter dem Ein- bzw. Austrittsstutzen befindet. Die Vergrößerung des Abstandes wird bei der Berechnung des Wärmeübergangskoeffizienten über die Endraumkorrektur berücksichtigt. Dies kann zu einer nachträglichen Korrektur der erforderlichen Länge bzw. der Flächenreserve (s. Beurteilung des Verdampfers über die Flächenreserve) führen.

Der Abstand Rohrboden – 1. Umlenkblech kann auch eingeben werden, solange er größer als der Abstand der Umlenkbleche bzw. größer als der Stutzendurchmesser plus Abklinglänge ist. Kleinere Werte werden standardmäßig nicht angenommen.

Wird die Option „Abstand Rohrboden – 1. Umlenkblech vorgeben“ aktiviert, wird jeder positive Wert akzeptiert, auch wenn er kleiner als der Stutzendurchmesser ist. Der Abstand der Umlenkbleche wird dann immer berechnet, d. h. er kann nicht eingegeben werden (das Eingabefeld ist gesperrt). Der Abstand der Umlenkbleche muss dann über die Anzahl der Umlenkbleche eingestellt werden.

Wird in der Form „Auswahl der Grunddaten“ für eines der Medien „Freie Eingabe“ gewählt, so müssen die Stoffdaten für dieses Medium von Hand eingegeben werden. Dafür steht das Modul SDAT zur Verfügung.

Nach Eingabe der Eintritts- und Austrittstemperatur sowie des Druckes wechselt das Programm in das Modul SDAT. Der Druck und die mittlere Temperatur wurden bereits in das Datenblatt eingetragen.

Benötigte Daten

Flüssigkeiten und Gase (einphasige Medien)

Für die Berechnung des Wärmeübergangs und des Druckverlustes werden bei Flüssigkeiten und Gasen sowohl die Stoffwerte bei mittlerer Temperatur als auch bei Wandtemperatur benötigt. Beim ersten Aufruf von SDAT ist die Wandtemperatur jedoch noch nicht bekannt.

Geben Sie deshalb zuerst nur die Stoffwerte für die mittlere Temperatur ein. Nach vollständiger Dateneingabe wechselt das Programm wieder selbständig in die VERD-Maske. Nachdem die Wand-temperatur berechnet wurde, wechseln Sie wieder über das Symbol „SDAT“ in das SDAT-Modul und tragen Sie die Stoffwerte bei Wandtemperatur nach.

Werden die Stoffwerte bei Wandtemperatur nicht eingetragen, werden bei der Berechnung des Wärmeübergangs und des Druckverlustes die Stoffwerte bei Wandtemperatur durch die Stoffwerte bei mittlerer Temperatur ersetzt. Die Genauigkeit der Berechnung nimmt in diesem Fall jedoch ab. Insbesondere bei viskosen Medien wie Ölen können dann größere Fehler auftreten.

Verdampfung von reinen Stoffen

Bei der Verdampfung von reinen Stoffen werden die Stoffwerte des Dampfes und der Flüssigkeit bei Siedetemperatur sowie der kritische Druck und die Molmasse benötigt.

Bei Verdampfung im waagerechten Rohr werden zusätzlich noch die Stoffdaten des Dampfes und der Flüssigkeit bei 10% des kritischen Druckes benötigt.

Kondensation von reinen Stoffen

Bei der Kondensation von reinen Stoffen werden die Stoffwerte des Dampfes und des Kondensates bei Kondensationstemperatur benötigt.

Nachdem das Datenblatt vollständig ausgefüllt wurde, wechselt das Programm wieder in die VERD-Maske. Wurde für die Rohr- und die Mantelseite jeweils „Freie Eingabe“ gewählt, werden zwei SDAT-Module angelegt.

Wärmebilanz

Der erste Block auf der VERD-Maske enthält die Angaben über die Mengen, Drücke und Temperaturen der beiden Medien.

Beginnen Sie bei der Dateneingabe auf der Verdampfungsseite. Bei dem zu verdampfenden Medium ist entweder die Eingabe des Druckes (Siededruck) oder der mittleren Temperatur (Siedetemperatur) notwendig, der korrespondierende Wert auf der Dampfdruckkurve (Siedetemperatur oder Siededruck) wird jeweils vom Programm ermittelt.

Die Ein - und Austrittstemperatur wird vom Programm auf einen Wert gesetzt, der um 0,01 °C kleiner bzw. größer ist als die mittlere Temperatur (Siedetemperatur).

Foulingwiderstände für Wasser in Rohrbündelwärmeübertragern (m²K/W)

© Springer Verlag Berlin Heidelberg 2013

© Springer Verlag Berlin Heidelberg 2013

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Foulingwiderstände für den Wärmeübergang von Verbrennungsgasen an berippten Heizflächen in m²K/W

© Springer Verlag Berlin Heidelberg 2006

Normierte Daten

Der zweite Block enthält Daten zur normierten Wärmestromdichte q₀ und zum normierten Wärmeübergangs-koeffizienten a₀ sowie Stoffdaten für das zu verdampfende Medium bei 10% des kritischen Druckes. Diese Stoffdaten bei 10% des kritischen Druckes werden nur bei der Verdampfung in horizontalen Rohren benötigt.

Die Werte für die normierte Wärmestromdichte q₀ und den normierten Wärmeübergangskoeffizienten α₀  sind für eine Vielzahl von Stoffen in einer Tabelle hinterlegt, die Sie aus dem Programm über F3 aufrufen können. Klicken Sie auf das Feld für den normierten Wärmeübergangskoeffizienten α₀ und drücken dann die Taste F3.

Normierte Wärmeübergangskoeffizienten α₀ für Stoffe, die nicht in dieser Tabelle enthalten sind, können mit dem Modul HABA aus den kritischen Daten der Stoffe berechnet werden. Der Aufruf des Moduls 'HABA' erfolgt über 'Atlas' + 'Kapitel' + 'Suchbegriff: HABA'.

Bei Verwendung des PROP-Modules für die Berechnung der Stoffwerte wird der normierte Wärmeübergangskoeffizient a₀ automatisch mit dem Modul 'HABA' berechnet.

Wärmeübergangskoeffizienten α₀ und Normierungswerte der Wärmestromdichte bei Verdampfung in den Rohren

© Springer Verlag Berlin Heidelberg 2013

Wärmeübergangskoeffizienten α₀ (bei p₀^*, q₀. R_a,0)  für 57 Fluide beim Blasensieden an einzelnen horizontalen Cu-Rohren bei Verdampfung im Mantelraum

© Springer Verlag Berlin Heidelberg 2013

Das Ende der Berechnung ist erreicht, wenn die erforderliche Fläche bzw. Rohrlänge ermittelt wurde. Mit der Flächenreserve, die das Verhältnis von ausgeführter zu erforderlicher Fläche ist, wird die ausgeführte Fläche und Rohrlänge berechnet (s. Beurteilung des Verdampfers über die Flächenreserve).

Die Berechnung lässt sich durch beliebige Veränderungen der entsprechenden Größen in eine gewünschte Richtung lenken. Die Qualität der Berechnung ist z.B. durch eine "Parameterstudie" festzulegen, die Aufschluss über das Verhalten des Verdampfers gegenüber Veränderungen der zugrundeliegenden Prozessparameter gibt.

Bewertung

Wenn keine Standardabmessungen d.h. keine Vorgabegrößen für die rohr- und mantelseitigen Abmessungen getroffen wurden, müssen alle Geometrie-Daten eingegeben werden. Dazu steht Ihnen der dritte Werteblock in der Ein- und Ausgabemaske von VERD zur Verfügung.

Sind alle notwendigen Daten eingegeben, wird der Rohrspiegel selbstständig von VERD generiert.

>> Die Berechnung von Verdampfern mit 2 mantelseitigen Durchgängen (Längsleitblech) ist mit VERD nicht möglich.

 Geometrische Daten

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 im Menü "Grundeingaben" / "Grunddaten“ führt zu einer Apparateauslegung, die sich innerhalb eines Fertigungsstandards befindet.

Standardmäßig greift VERD bei der Berechnung auf die Mäntel zurück, die in der Datenbank hinterlegt sind und die in der Form „Auswahl der Grunddaten“ ausgewählt werden können.

Soll nun in der VERD-Maske ein davon abweichender Mantel eingegeben werden, muss zuerst im Menü „GRUNDEINGABEN“ die Option „Standardwerte“ deaktiviert werden. Danach kann der Mantel­innendurchmesser eingegeben werden.

Bei der Verdampfung im Mantelraum (Behältersieden) werden die Stoffdaten der Verdampferrohre (Wärme-leitfähigkeit, Dichte und spezifische Wärmekapazität) für die Berechnung des Wärmeübergangskoeffizienten benötigt.

Bei der Verdampfung in den Rohren (Strömungssieden) wird nur die Wärmeleitfähigkeit der Verdampferrohre benötigt.

Sie können auch auf der Ein- und Ausgabemaske von VERD das Material der Verdampferrohre wählen bzw. ändern, indem Sie das Eingabefeld „Rohrmaterial“ anklicken und aus der Auswahlbox das neue Rohrmaterial wählen.

Mit „Freie Eingabe“ werden die bereits auf der Maske stehenden Werte für die Wärmeleitfähigkeit, die Dichte und die spezifische Wärmekapazität gelöscht und müssen neu eingeben werden. (siehe auch Rohrmaterial)

Für die Berechnung des Wärmeübergangskoeffizienten bei der Verdampfung werden die Ansätze aus dem VDI-Wärmeatlas Kapitel H2 (Behältersieden gesättigter Flüssigkeiten) und H3.4 (Strömungssieden gesättigter Flüssigkeiten) verwendet.

Bei der Verdampfung in horizontalen Rohren wird der Verdampfer in 5 gleich große Inkremente unterteilt. Für jedes Inkrement werden die jeweilige Strömungsform und darüber der jeweilige Wärmeübergangskoeffizient ermittelt.

Ergebnisse

Die Druckverluste werden berechnet, wenn die Stutzendurchmesser am Eintritt und am Austritt eingegeben wurden.

>> Bei Verdampfung im Mantelraum wird kein mantelseitiger Druckverlust berechnet.

Mit dem Programm VERD kann die Kondensation eines beliebigen Reinstoffes berechnet werden.

Voraussetzung für die Berechnung des Kondensationsprozesses ist, dass der Dampf mit Sattdampftemperatur d.h. nicht überhitzt, in den Kondensator eintritt und das Kondensat mit der gleichen Temperatur d.h. nicht unterkühlt, wieder aus dem Kondensator austritt.

Wurde als Medium „Sattdampf Kondensation“, „NH3-Kondensation“ oder CO2-Kondensation“ gewählt, wird automatisch von einer Kondensation ausgegangen und es werden für die Berechnung des Wärmeübergangs die entsprechenden Kondensationsansätze gewählt. Als Eingabe wird entweder der Kondensationsdruck (P_Satt) oder die Kondensationstemperatur (T_Satt) benötigt. Die Stoffwerte für den Dampf und das Kondensat werden vom Programm ermittelt.

Soll ein beliebiger Reinstoff kondensiert werden, muss in der Form „Auswahl der Grunddaten“ für das zu kondensierende Medium „Freie Eingabe“ und zusätzlich für den Phasenzustand „Kondensation“ gewählt werden.

In der Form „Visual VERD“ oder in der VERD-Maske müssen sowohl der Kondensationsdruck (P_Satt) als auch die Kondensationstemperatur (T_Satt) eingegeben werden. Danach wechselt das Programm in das Modul SDAT. Geben Sie die Stoffdaten für das Kondensat (Siedende Flüssigkeit) im oberen Teil des Datenblattes und die Stoffdaten des Dampfes sowie die Verdampfungsenthalpie im unteren Teil ein. Noch vollständiger Dateneingabe wechselt das Programm wieder in die VERD-Maske zurück.

>> Bei Kondensation im Mantelraum wird der mantelseitige Druckverlust nicht berechnet.