Kurzeinführung

1. Kurzeinführung

2. Inhalt Programmsystem Flowmaster Hintergrund und Arbeitsweise, Programmstruktur Beispiel1 – Rohrsystem Programmhandling, Ergebnisbetrachtung Beispiel2 – Durchflussbestimmung Nachrechnen der Musterlösung zu Beispiel 8.2b, S.193 des Buches Beispiel3 – Druckstoßbetrachtung Durchführung einer einfachen transienten Analyse

3. Hintergrund und Arbeitsweise • Das Programmsystem Flowmaster ist ein einphasiges 1-D Strömungssimulationssystem auf Grundlage der Stromfadentheorie. • Flowmaster ist modular aufgebaut. Dadurch wird es ermöglicht, die Module auszuwählen, welche für die anwendungsspezifischen Aufgabenstellungen relevant sind. • Der modulare Aufbau unterscheidet zwischen stationären und transienten (zeitabhängigen) Analysen für inkompressible Medien (Flüssigkeiten) mit und ohne Wärmeübertragung und für kompressible Medien (Gase). • Ein Flowmaster-Berechnungsmodell gliedert sich grundsätzlich in so genannte Komponenten und Knoten. • Im Bereich der Rohrleitungen wird zur Lösung der beschreibenden, eindimensionalen Differentialgleichungen für instationäre Aufgaben-stellungen das Charakteristikenverfahren angewendet.

4. Hintergrund und Arbeitsweise • In den Komponenten wird das fluid- und thermodynamische Verhalten realer Bauteile mit Hilfe von mathematischen Modellen und/oder empirischen Daten in Form von Kennlinien und/oder Kennfeldern simuliert oder Rand- bzw. Anfangsbedingungen gesetzt. Die in einer Datenbank hinterlegten Messdaten, z.B. für die Druckverlustkoeffizienten, beruhen auf Messungen von D.S. Miller (Internal Flow Systems). Die Datenbank kann vom Anwender mit Daten aus anderen Quellen bzw. eigenen Messungen ergänzt werden. • Bei der Verwendung dieser Druckverlustkoeffizienten werden entweder automatisch Korrekturen entsprechend des jeweiligen Reynoldszahlbereiches vorgenommen oder, wie im Fall des Rohres, adäquate Gleichungen verwendet. • Die Verbindung zwischen den Komponenten wird über Knoten hergestellt. Diese haben keine geometrische Ausdehnung, sind masselos und rufen bei ihrer Durchströmung keinen Druckverlust hervor. Die Summe aller zu- und abströmenden Fluidmassenströme ist gleich Null.

5. Hintergrund und Arbeitsweise Flowmaster2 gliedert sich in zwei grundsätzliche Hauptmodule: - Single Phase Incompressible/Compressible Module zur Berechnung von Strömungen mit 1-phasigen, inkompressiblen Medien (i. d. R. Flüssigkeiten), z.B. für Wasserversorgungssysteme, Kühlsysteme und Druckstoßberechnungen. Module zur Berechnung von Strömungen mit 1-phasigen, kompressiblen Medien (Gase), z.B. für Gasversorgungssysteme, Darstellung von Befüllungsvorgängen oder Rohrleitungsbrüche. - Fluid Power Module für die Berechnung von z.B. Hydrauliksystemen, Kraftstoffeinspritzungen, Schmiersysteme von Kraftfahrzeugmotoren u. a. m. Die beiden Hauptmodule unterscheiden sich durch zum Teil unterschiedliche Komponenten und durch die Verwendung unterschiedlicher Datenbanken.

6. Hintergrund und Arbeitsweise Dieser Aufbau spiegelt sich auch in der Art der Datenverwaltung wieder. Flowmaster2 verwendet für das Speichern von Kennlinien, Kennfeldern, Einheitensätzen oder Fluiddaten ein Datenbank-Verzeichnis (flows_db bzw. power_db) und für die Informationen wie das Netzwerk aufgebaut ist ein Benutzer-Verzeichnis (flows_ud bzw. power_ud). Bei der Berechnung greifen die Komponenten z. T. auf die in der Datenbank hinterlegten Informationen zurück.

7. Hintergrund und Arbeitsweise Beide Hauptmodule stellen verschiedene Untermodule (insgesamt 19) für unterschiedliche Anwendungen zur Verfügung. Die wichtigsten davon sind: Single Phase: Inkompressibel, stationär (SS) Inkompressibel, transient (ST) Inkompressibel, stationär mit Wärmebetrachtung (SSH) Inkompressibel, transient mit Wärmebetrachtung (STH) Kompressibel, stationär (CS) Kompressibel, transient (CT) Fluid Power: Inkompressibel, stationär (FS) Inkompressibel, transient (FT) Inkompressibel, stationär mit Wärmebetrachtung (FSH) Inkompressibel, transient mit Wärmebetrachtung (FTH)

8. Beispiel 1 Beispiel1 – Berechnungen an einem verzweigten Rohrnetz Anhand eines einfachen, verzweigten Rohrnetzes sollen nun zunächst die Grundfunktionen von Flowmaster dargestellt werden. Das Netz ist in seiner Struktur der Bild 8-23 auf Seite 189 des Buches nachempfunden. Im Beispiel wird in mehreren Schritten gezeigt, • wie ein Projekt eröffnet wird, • wie ein Netzwerk in Flowmaster aufgebaut wird, • wie Parameter für einzelne Komponenten gesetzt werden und • wie eine stationäre Berechnung gestartet wird. Danach wird anhand des erzeugten Ergebnisses gezeigt, wie berechnete Werte dargestellt werden können.

9. Beispiel 1 Beschreibung des analysierten Systems: Das auf der nachfolgenden Folie gezeigte Netz soll aus zwei Hauptbehältern bestehen, aus denen mit Hilfe zweier Pumpen Wasser in ein höher gelegenes System gepumpt wird. Es soll untersucht werden, ob in dem System an mehreren Stellen die Entnahme eines Volumenstroms von 0.01 m³/s möglich ist, ohne im Netzwerk den Umgebungsdruck zu unterschreiten. Als Zwischenspeicher stehen ein Hochbehälter und ein Druckbehälter auf verschiedenen Ebenen. Zur Druckerhöhung sind zwei weitere Pumpen im System platziert.

10. Beispiel 1

11. Beispiel 1 Schritt 1: Erzeugung eines neuen Projektes Vor dem Erzeugen des neuen Projektes müssen in Flowmaster zunächst die Datenbank (in diesem Fall flows_db) und das Benutzer-Verzeichnis (flows_ud) registriert werden. Diese liegen standardmäßig unter: C:\Dokumente und Einstellungen\All Users \Anwendungsdaten\Flowmaster\Flowmaster2 Die Dateien können je nach Systemeinstellung versteckt sein. Wie die entsprechenden Dateien registriert werden, sehen Sie hier:

12. Beispiel 1 Nun müssen Sie als nächstes ein neues Projekt erzeugen. Klicken Sie hierzu im Hauptmenü unter „File“ auf „New Project“. Geben Sie in dem sich öffnenden Fenster einen Namen für das Projekt ein und bestätigen Sie, indem Sie auf „OK“ klicken. Danach wird sich das hier gezeigte Fenster öffnen. Erzeugen Sie innerhalb des neuen Projekts ein neues Netzwerk indem Sie im unteren Teil auf „New“ klicken. Schritt 1: Erzeugung eines neuen Projektes

13. Beispiel 1 Nachdem das neue Netzwerk erzeugt wurde, öffnet sich die hier gezeigte Ansicht. Das dabei geöffnete Fenster dient zur Eingabe von Daten der einzelnen Komponenten, zum Konfigurieren der Analysedaten und anderen Funktionen die das Netzwerk betreffen. Öffnen Sie nun das Fenster in dem das Netzwerk erzeugt wird, indem Sie auf die Schaltfläche „View Network“ klicken. Schritt 1: Erzeugung eines neuen Projektes

14. Beispiel 1 Schritt 2: Aufbau des Netzwerkes Nun könne Sie über die Funktion „Window / Tile“ die Fenster automatisch zu-einander ausrichten. Falls das Raster noch nicht aktiv ist, können Sie es über „Display / Grid“ aktivieren. Die verschiedenen Funktionsleisten können über „View / Toolbars“ zugeschaltet werden. In der gezeigten Ansicht sind die folgenden aktiv: • Standard • Family • Commands • Text • Zoom

15. Beispiel 1 Schritt 2: Aufbau des Netzwerkes Prinzipiell sind bei Flowmaster alle Komponenten in Gruppen (Families) gegliedert. So stehen z. B. in der Gruppe „Junctions“ verschiedene Verzweigungen wie T-Stücke mit verschiedenen Anschlusswinkeln oder Y-Stücke zur Verfügung.

16. Beispiel 1 Schritt 2: Aufbau des Netzwerkes Um eine bestimmte Komponente in das Netzwerk einzufügen, klicken Sie in der Funktionsleiste auf die entsprechende Gruppe und in dem sich öffnenden Fenster auf die entsprechende Komponente. Klicken Sie dann im Fenster für das Netzwerkschema an die Stelle an der Sie die Komponente ablegen wollen. Rohrleitungen werden in Flowmaster als eigene Komponenten behandelt, d. h. andere Komponenten können direkt miteinander verbunden werden, wenn z. B. das dazwischen liegende Stück Rohr vernachlässigt werden soll. Um eine Rohrleitung einzufügen, klicken Sie zunächst in der Gruppe „Pipes“ auf den entsprechenden Rohrtyp. Klicken Sie dann in Ihrem Netzwerk auf den Startpunkt der Leitung, halten Sie den Mausknopf gedrückt und ziehen Sie die Leitung zu Ihrem Endpunkt. Die graphische Darstellung im Netzwerk ist unabhängig von der in der Rechnung verwendete Länge. Diese wird im Dateneingabefenster gesetzt. Beispiele wie Komponenten ins Netzwerk eingefügt werden, sehen Sie hier:

17. Beispiel 1 Schritt 2: Aufbau des Netzwerkes Wie Sie gesehen haben verändert Flowmaster beim Einfügen von Komponenten den Mauszeiger. Solange diese Änderung aktiv ist, wird bei jedem Klicken eine neue Komponente eingefügt. Um Komponenten zu verschieben, müssen Sie wieder in einen neutralen Modus wechseln. Dieser wird in Flowmaster als „Idle Mode“ bezeichnet und Sie erreichen Ihn, indem Sie entweder mit der rechten Maustaste klicken und „Idle Mode“ anwählen oder indem Sie die Taste für das Leerzeichen drücken. Zum Bearbeiten (z.B. löschen, verbinden oder drehen) von Komponenten stehen in der „Command“ Funktionsleiste weitere Schaltflächen zur Verfügung:

18. Beispiel 1 Schritt 2: Aufbau des Netzwerkes Beim Verbinden zweier Komponenten erzeugt Flowmaster automatisch dazwischen einen so genannten Knoten. Dieser dient als Bilanzstelle zwischen den Komponenten. Er besitzt kein Volumen und stellt keinen Widerstand dar. Jeder Arm (Anschluss, „Branch“) einer Komponente kann maximal mit einem Knoten verbunden werden und im Gegenzug z. Z. maximal 10 Komponenten mit einem Knoten. Wie Sie im rechten Bild sehen, gibt es für jede Komponente eine Definitionsrichtung für die Durchströmung, welche meist mit einem Pfeil ausgewiesen ist, der von Arm 1 zum Arm 2 weist. Diese Definitionsrichtung muss nicht mit der später berechneten Richtung übereinstimmen. Bei Durchströmung in Definitionsrichtung sind Ströme an Arm1 negativ (vom Knoten in die Komponente) und an Arm 2 positiv (von der Komponente zum Knoten).

19. Beispiel 1 Schritt 2: Aufbau des Netzwerkes Beginnen Sie nun das dargestellte Netzwerk aufzubauen. Die benötigten Komponenten finden Sie in den folgenden Gruppen: • „Pipes“ (Rohre) • „Valves“ (Ventile) • „Pumps“ (Pumpen) • „Reservoirs“ (Behälter) • „Sources“ (Quellen)

20. Beispiel 1 Schritt 3: Vorgabe der Daten Nachdem Sie nun das Netzwerk aufgebaut haben, beginnen Sie damit den Komponenten und Knoten Daten zuzuweisen. Dies geschieht im Dateneingabefenster. Setzen Sie zunächst im Datenblatt „Setup“ (Grundeinstellungen) den „Analysis Type Data Filter“ auf „Steady State (SS)“. Damit werden Dateneingabefelder ausgeblendet, die für eine stationäre, inkompressible Berechnung nicht benötigt werden. Aufgrund der Komplexität der verschiedenen Komponenten wird im Beispiel auf nicht unbedingt benötigte Daten nicht eingegangen. Information hierzu entnehmen Sie bitte der „Reference Help“.

21. Beispiel 1 Schritt 3: Vorgabe der Daten - Rohrleitungen Wechseln Sie als nächstes auf das Datenblatt „Component Data“. Wählen Sie dort unter den in der so genannten „Collection“ (Auswahlliste) angezeigten Komponenten eine beliebige Rohrleitung aus und klicken Sie darauf. Im unteren Teil des Fensters finden Sie nun verschiedene Parameter aufgelistet. Bei einer stationären, inkompressiblen Berechnung ohne Wärmeübertragung müssen Sie zur Berechnung der Reibung im Rohr nach Colebrook-White die folgenden Daten angeben: • Länge der Rohrleitung • Rauheit der Rohrwand • Innendurchmesser der Rohrleitung

22. Beispiel 1 Schritt 3: Vorgabe der Daten - Rohrleitungen Um die Vorgabe der Daten in diesem Beispiel möglichst einfach zu halten, soll davon ausgegangen werden, dass allen Komponenten gleichen Typs auch gleiche Parameter zu Grunde liegen. Die Daten müssen also jeweils bei einer Komponente eingegeben werden und können dann auf die anderen Komponenten gleichen Typs übertragen werden. Geben Sie für die Rohrleitungen die folgenden Werte ein: • Length (Länge): 5 <m> • Absolute Roughness (Rauheit): 0.02 <mm> • Diameter (Durchmesser): 0.1 <m>

23. Beispiel 1 Schritt 3: Vorgabe der Daten - Rohrleitungen Zum Kopieren der gerade vorgegebenen Daten auf die anderen Rohrleitungen folgen Sie der Anleitung in Video 3. Wählen Sie beim Kopiervorgang die Option: „To components of the current family in the collection“. Das bedeutet, dass die markierten Daten zu allen Elementen des gleichen Typs kopiert werden, die auch in der im Dateneingabefenster gezeigten Liste enthalten sind.

24. Beispiel 1 Schritt 3: Vorgabe der Daten - Kugelhähne Klicken Sie nun in der Liste auf einen Kugelhahn (Ball Valve). Geben Sie die folgenden Daten ein und kopieren Sie diese wie bei den Rohrleitungen auf die anderen Komponenten. Diameter (Durchmesser): 0.1 <m> Valve Opening (Ventilstellung): 0.7 <ratio> Der Wert „Valve Opening“ beschreibt die Öffnungsposition des Ventils, wobei ein Wert von 0 gleichbedeutend mit vollständiger Schließung und ein Wert von 1 mit vollständiger Öffnung ist. Die Kugelhähne sind also zu 70% geöffnet. Grundsätzlich ist es möglich und sinnvoll, in Flowmaster eigene Ventilkennlinien für das Widerstandsverhalten über dem Öffnungsgrad zu definieren. Hierauf wurde aufgrund des Umfangs des Beispiels verzichtet.

25. Beispiel 1 Schritt 3: Vorgabe der Daten - Kegelsitzventile Geben Sie für ein Ventil der Gruppe „Globe Valves“ nun die benötigten Daten ein und kopieren Sie diese dann wie zuvor auf die anderen Kegelsitzventile. Der Wert „Position“ entspricht bei diesem Ventil dem des Wertes „Valve Opening“ bei den Kugelhähnen. Diameter (Durchmesser): 0.1 <m> Position (Ventilstellung): 1 <ratio>

26. Beispiel 1 Schritt 3: Vorgabe der Daten - Senken Definieren Sie nun an einer der „Flow Sources“ (Quelle oder Senke, je nach Vorzeichen!) einen negativen Volumenstrom von 0.01 m³/s und kopieren Sie diesen dann auf die anderen Senken. Alle anderen Werte wie z. B. „Fluid Type“ (verwendetes Medium) und „Constant Temperature“ (Temperatur des Mediums) werden, wenn Sie in den Komponentendatenblättern nicht gesetzt sind, aus dem Datenblatt „Analyse“ entnommen.

27. Beispiel 1 Schritt 3: Vorgabe der Daten - Radialpumpen Wie bei den Ventilen ist es auch bei den Pumpen möglich und im Allgemeinen notwendig, eigene Kennlinien zu hinterlegen. Wir verwenden in diesem Fall die Beispielkennlinien für eine Radialpumpe aus der Flowmaster Datenbank. Flowmaster benötigt, um eine Skalierung dieser normiert abgelegten Kennlinien vornehmen zu können, einen so genannten Referenzpunkt (Nennbetriebspunkt, Punkt des besten Wirkungsgrades). Die Angaben hierzu bestehen aus einem Volumenstrom, einer Förderhöhe, einer Drehzahl bei der die Pumpenkennlinien aufgenommen wurden, der Betriebsdrehzahl (bzw. Startdrehzahl „Initial Speed“) und einer Leistung bzw. einem Wirkungsgrad. Aus diesen Daten werden dann mit Hilfe der Pumpenkennlinien (Förderhöhe und aufgenommene Leistung als Funktion des Volumenstroms bei „Rated Speed“ (Referenz Drehzahl) die Daten der Pumpe bei der tatsächlichen Drehzahl („Initial Speed“) ermittelt (Affinitätsgesetz).

28. Beispiel 1 Schritt 3: Vorgabe der Daten - Radialpumpen Geben Sie die folgenden Werte vor: • Rated Flow (Referenz Volumenstrom): 0.4 <m³/s> • Rated Head (Referenz Förderhöhe): 40 <m> • Rated Speed (Referenz Drehzahl): 1000 <r.p.m.> • Rated Efficiency (Referenz Wirkungsgrad): 0.6 <> • Initial Speed (tatsächliche Drehzahl): 1000 <r.p.m.> Kopieren Sie diese Werte dann auf die anderen Pumpen. Zusätzliche Informationen zum Flowmaster Pumpenmodell sowie zu allen anderen Komponenten finden Sie in der Flowmaster Reference Help.

29. Beispiel 1 Schritt 3: Vorgabe der Daten - Versorgungsbehälter Nun sollen die Daten für die beiden untersten Behälter vorgegeben werden. Es handelt sich dabei um Behälter mit konstantem Füllspiegel (Reservoir: Const-Head). Dies wäre z. B. dann der Fall, wenn aus einem sehr großen Becken nur verhältnismäßig kleine Mengen entnommen werden. Für diesen Typ Behälter muss die Höhe definiert werden auf dem der Behälter steht, der Füllstand des Beckens über dem Auslass sowie der Durchmesser des Anschlussrohres. Ein- und Austrittsverluste werden bei diesem Behältertyp vernachlässigt, könnten aber über weitere Komponenten berücksichtigt werden. Pipe Diameter (Anschlussdurchmesser): 0.1 <m> Liquid Level above Base (Füllhöhe): 3 <m> Base Level above Reference (Anschlussniveau): 0 <m> Kopieren Sie diese Werte anschließend auf den zweiten Behälter.

30. Beispiel 1 Schritt 3: Vorgabe der Daten - Hochspeicher Bei der Komponente die für den Hochspeicher verwendet wird, handelt es sich um einen 2-armigen Behälter (Reservoir: 2 Arm). Ein- und Austrittsverluste werden bereits in der Komponente erfasst. In den dafür vorgesehenen Widerstandskoeffizienten können vereinfacht auch Einbauten wie Siebe oder Rückflussverhinderer aufgenommen werden. Für jeden Anschluss müssen also die Werte für die Widerstandskoeffizienten in beiden Fließrichtungen, der Durchmesser, sowie die Höhe des Anschlusses über dem Behälterboden definiert werden. Zusätzlich muss die Gesamthöhe des Behälters und die Querschnittfläche bestimmt werden, um das Volumen des Behälters fest zu legen. Ähnlich wie beim Behälter mit konstanter Füllhöhe muss auch für diesen Behälter angegeben werden, auf welcher Höhe er steht und wie sein (Anfangs-) Füllstand ist. Für eine stationäre Berechnung wird dieser Füllstand als konstant vorausgesetzt. Erst in einer instationären Berechnung würde die Variabilität des Füllstandes berücksichtigt.

31. Beispiel 1 Schritt 3: Vorgabe der Daten - Hochspeicher

32. Beispiel 1 Schritt 3: Vorgabe der Daten - Druckbehälter Der Druckbehälter (Reservoir: Expan) arbeitet ähnlich wie der für den Hochspeicher verwendete Behälter. Im Gegensatz zu diesem handelt es sich jedoch nicht um einen offenen Behälter, sondern um einen geschlossenen, dessen Innendruck von der Änderung der Füllhöhe bzw. der Temperatur abhängig ist. Ähnlich wie bei realen Druckbehältern gibt es die Möglichkeit bestimmte Grenzdrücke zu setzen bei denen der Behälter entweder be- oder entlüftet wird. Die Daten für die Komponente können der folgenden Folie entnommen werden.

33. Beispiel 1 Schritt 3: Vorgabe der Daten - Druckbehälter

34. Beispiel 1 Schritt 4: Vorgabe der Daten - Knoten Um bei der Berechnung Höhenunterschiede im Netzwerk zu berücksichtigen, müssen nach der Eingabe der Daten der Komponenten auch den Knoten Werte zugewiesen werden. Wechseln Sie hierzu auf das Datenblatt „Node Data“. Tragen Sie dann für die verschiedene Knoten die auf der nächsten Folie gezeigten Werte in der Spalte „Level“ (Niveau) ein.

35. Beispiel 1 Schritt 4: Vorgabe der Daten - Knoten

36. Beispiel 1 Schritt 5: Starten der Analyse Um die Analyse zu starten wechseln Sie auf das Datenblatt „Analyse“. Schalten Sie dort im Feld „Analysis Type“ (Analyseart) um auf „Steady State (SS)“. Im unteren Teil des Datenblattes im Fenster „General Analysis Data“ sind bereits Standardwerte für „Liquid Type“ (Medium), „Ambient Temperature“ (Umgebungstemperatur) und „Atmospheric Pressure“ (Umgebungsdruck) gesetzt. Der eingestellte Liquid Type (1) entspricht dem Medium Wasser (einzustellen über die Schaltfläche „Options“). Führen Sie nun eine Analyse durch, indem Sie auf „Start“ klicken. Weitere Beschreibungen finden Sie auf der nächsten Folie.

37. Beispiel 1 Schritt 5: Starten der Analyse Nachdem Sie im Datenblatt „Analyse“ auf „Start“ geklickt haben, werden Sie, falls Sie dies nicht vorher bereits getan haben, zunächst gefragt, ob Sie die Änderungen am Netzwerk speichern wollen. Bitte bestätigen Sie dies. Anschließend kann die Analyse gestartet werden. In dem sich nun öffnenden Fenster wird Ihnen anhand eines blauen Balkens der Fortschritt der Analyse angezeigt. Da es sich hier um ein vergleichsweise einfaches Netzwerk handelt, wird dieser Balken maximal ganz kurz zu sehen sein. Bei korrekter Vorgabe aller Daten sollte sich abschließend ein Fenster öffnen, bei dem als Statusmeldung unter „Success ?“ eine Bestätigung erscheint. Ist dies der Fall, öffnen Sie mit einem Klicken auf „Results“ das Ergebnisfenster. Starten Sie nun bitte die Animation.

38. Beispiel 1 Schritt 6: Auswerten der Analyse Zur Auswertung des Ergebnisses schalten Sie zunächst im Ergebnisfenster auf das Datenblatt „Component Results“. Lassen Sie sich dort über die Funktion „Collect“ / „All“ dann alle Komponenten auflisten. Sie haben dann die Möglichkeit einzelne Ergebnisse der Komponenten zu betrachten, indem Sie sie in der Liste anwählen.

39. Beispiel 1 Schritt 6: Auswerten der Analyse Eine weitere Möglichkeit Ergebnisse darzustellen, besteht darin sich bestimmte Werte wie z.B. Volumenstrom oder Strömungsgeschwindigkeiten im Netzwerk anzeigen zu lassen. Aktivieren Sie diese Funktion in dem Sie im Datenblatt „Component Results“ den entsprechenden Wert im Fenster „Attribute“ auswählen und dann über die Schaltfläche „Draw“ ausführen. Für den Volumenstrom in m³/s ergibt sich die auf der folgenden Folie dargestellte Verteilung.

40. Beispiel 1 Schritt 6: Auswerten der Analyse Es zeigt sich, dass der Druckbehälter stärker befüllt wird, als ihm Volumen entnommen wird. Hier ist also zunächst mit einem Ansteigen des Druckes zu rechnen. Der Hochspeicher wird bei den aktuellen Ventileinstellungen an beiden Anschlüssen befüllt. Der Flüssigkeitsspiegel würde also steigen. Dies könnte im Weiteren mit einer instationären Analyse untersucht werden.

41. Beispiel 1 Schritt 6: Auswerten der Analyse Um die Druckverteilung im Netzwerk zu begutachten und damit die Frage ob Kavitation bei den geforderten Volumenströmen an den Austritten auftritt, wechseln Sie auf das Datenblatt „Node Results“ des Ergebnisfensters. Fügen Sie auch hier zunächst über die Funktion „Collect“ - „All“ alle Knoten zur Liste hinzu. Wie bei den Komponenten können Sie sich über die Funktion „Draw“ Werte im Netzwerk darstellen lassen Totaldrücke (Pressure) sowie die Drücke auf die Knotenhöhe (Pressure at Node Level)

42. Beispiel 1 Schritt 6: Auswerten der Analyse Bei der Betrachtung der Drücke bezogen auf die Höhenlage der Knoten fallen zwar einige Stellen mit niedrigem Druckniveau auf, dabei liegt jedoch der niedrigste Druck von 0.31 bar immer noch deutlich über dem Dampfdruck von Wasser bei 20°C (~0.023 bar). Dennoch wird man diese Werte insbesondere im Saugbereich der Pumpe nicht zulassen wollen und nun mit Hilfe des Modells Parameteränderungen untersuchen, die geeignet sind, den Druck über Umgebungsdruck zu heben.

43. Beispiel 1 Zusammenfassung der durchgeführten Schritte Anhand des berechneten Beispiels haben Sie nun einige Grundfunktionen sowie Teile der Benutzeroberfläche von Flowmaster kennen gelernt. Grundsätzlich lässt sich die Vorgehensweise zum Modellieren eines Systems in die durchgeführten 6 Grundschritte aufteilen: • Erzeugen eines neuen Projektes • Abbilden des Systems als Netzwerk • Eingeben der Daten der Komponenten • Falls erforderlich Eingeben der Lage der Knoten • Durchführen der Analyse • Auswerten und Überprüfen der berechneten Ergebnisse. Als 7. Schritt können dann Parametervariationen berechnet werden. Vertiefen Sie diese Vorgehensweise nun Anhand von Beispiel 2.

44. Beispiel 2 Beispiel2 – Durchflussbestimmung Nachrechnen der Musterlösung zu Beispiel 8.2b, S.193 Anhand der auf Seite 193 dargestellten Aufgabe 8.2b soll demonstriert werden, wie mit Hilfe von Flowmaster strömungstechnische Probleme effizient gelöst werden können. In diesem Fall handelt es sich um die Bestimmung eines Durchflusses, der sich aufgrund des Anlagenwiderstandes bei einem bestimmten Druckverhältnis einstellt. Diese Berechnung ist wie auch in der Musterlösung gezeigt nur iterativ zu lösen, da der Widerstand abhängig vom Durchfluss ist.

45. Beispiel 2 Aufbau eines Berechnungsmodells: Um die im Buch beschriebene Aufgabe 8.2b zu lösen, wurde ein passendes Modell erstellt. Dabei werden die Komponenten, deren Widerstandsverhalten durch einen Zeta-Wert bestimmt sind, zu einem „Discrete Loss“ (nicht näher bestimmter Widerstand) zusammengefasst. Die für die Rohrleitungen angegebene äquivalente Rauheit von k=0.04mm kann direkt in Flowmaster verarbeitet werden. Die Methode zur Darstellung eines über eine Gleichung definierten Druckverlustes wird nachfolgend demonstriert.

46. Beispiel 2 Darstellung des Kondensatorwiderstandes: Die für das Widerstandsverhalten des Kondensators angegebene, spezielle Funktion: wird durch die Einbindung eines Skriptes umgesetzt. Dieses wird mit einer Komponente aus der Gruppe der „Com-Controller“ (Steuerelemente) sowie einer Komponente der Gruppe „Miscellaneous“ (Verschiedene) verarbeitet.

47. Beispiel 2 Berechnungsmodell: Das erzeugte Berechnungsmodell entspricht in seiner Form dem hier gezeigten Schema.

48. Beispiel 2 Komponenten des Berechnungsmodells: Komp.1: Reservoir: Const-Head Pipe Diameter (Anschlussdurchmesser) 0.9 m Liquid Level Above Base (Füllhöhe) 1 m Base Level Above Reference (Niveau) 8 m Surface Pressure (Behälterluftdruck) 1 bar Komp.2: Discrete Loss Area (Querschnittsfläche) 0.636173 m2 Forward Flow Loss Coeff. (Zeta in Hauptrichtung) 3.9 Reverse Flow Loss Coeff. (Zeta in Gegenrichtung) 3.9 Hydraulic Diameter (hydraulischer Durchmesser) 0.9 m

49. Beispiel 2 Komponenten des Berechnungsmodells: Komp.3: Gauge: Template Input Connection (Eingangstyp) 100 Algorithm Type (interne Verarbeitungsmethode) 2 Script / Equation Identifier (Name des Skriptes) N:1 Output Quantity (Einheit des Ausgangssignals) 39 Output Initial Value (Ausgangsstartwert) 0.5 bar Output Clipping - min value (kleinster Ausgangswert) 0 bar Output Clipping - max value (grösster Ausgangswert) 10 bar Das Script N:1 trägt den Titel „Kondensatorfunktion“ und steht in der Library „Network_Control“ zur Verfügung. Es dient zur Umrechnung des Massenstroms am Ausgang von Komponente 2 in die Druckdifferenz, welche an Komponente 4 angelegt wird. Wie Sie das Script hinterlegen sehen Sie hier:

50. Beispiel 2 Komponenten des Ersatznetzwerks: Komp.4: Generic (frei definierbare Komponente) keine Eingaben erforderlich Komp.5: Pipe: Cylindrical (Rohrleitung) Length 400 m (Länge) Friction Option 1 (Reibungsart) Absolute Roughness 0.04 mm (Rauheit) Diameter 0.9 m (Durchmesser) Komp.6: Reservoir: Const-Head (Behälter mit konst. Füllstand) Pipe Diameter 0.9 m (Anschlussdurchmesser) Liquid Level Above Base 1 m (Füllhöhe) Base Level Above Reference 0 m (Behälterniveau) Surface Pressure 1 bar (Behälterluftdruck)