Description: Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung und Implementierung leistungsfaehiger numerischer Verfahren fuer die Simulation instationaerer thermohydraulischer Vorgaenge in Fernwaermeanlagen. Dieses Ziel wurde erreicht. Die Luecke zwischen stationaeren Betrachtungen einerseits und der klassischen hydraulischen Druckstossberechnung andererseits konnte vollstaendig und durchgehend geschlossen werden. Die Einsetzbarkeit der Algorithmen fuer praxisrelevante Fragestellungen in grossen Fernwaermesystemen wird ausfuehrlich belegt. Das fuer die hydraulische Berechnung entwickelte implizite finite Differenzenverfahren ist in der Lage, den gesamten transienten Bereich durchgehend zu behandeln, ohne hierbei a priori Modellvereinfachungen vorzunehmen. Das Verfahren ist auch bei der Abbildung scharfer Fronten frei von dispersiven Fehlern, weil es hinsichtlich seiner dissipativen Eigenschaften exakt einstellbar ist. Es wird ueber ein Knoten/Elementkonzept mit einem expliziten Charakteristikenverfahren gekoppelt. In beide Formulierungen geht die durch den instationaeren Waermetransport veraenderliche Dichte ein. Bei der Transportberechnung wird ein separater Mischungstemperaturansatz verwendet: Jeder Vereinigungsknoten repraesentiert die Temperaturen seiner Zufluesse und seine Mischungstemperatur. Die Energieerhaltung an Systemknoten wird zusammen mit der Massenerhaltung zu diskreten Zeitpunkten erfuellt. Nur fuer den Transport im Rohrelement wird eine integrale Advektionsgeschwindigkeit verwendet. Das entwickelte implizite finite Differenzenverfahren fuer den reinen Transport konvergiert bei hohen Courantzahlen in der Mischungstemperaturberechnung gegen die Eigenschaften von Elementen ohne Laengenausdehnung. Das implizite Loesungsverfahren wird ueber ein Knoten/Elementkonzept mit einem expliziten verbesserten Upwind-Verfahren gekoppelt. Beim Upwinding werden nicht nur Temperaturwerte sondern auch integrale Eigenschaften des Temperaturprofils advektiert. Durch die Waermemengen- und formerhaltenden Ansaetze verursachen adaptive Neudiskretisierungen kaum numerische Diffusion. Fuer die Berechnung der Transport- und Mischungsvorgaenge werden alle modellierten Elemente und Fliesswege beruecksichtigt (Rohre, Pumpen, Regler, Bypaesse, etc.). Die Abbau-, Diffusions- und Speicherungsprozesse hingegen werden auf reinen Rohrnetzstrukturen als Teil eines Operatorsplittings berechnet. Bei der Untersuchung thermohydraulischer Szenarien kommt einem variablen hydraulischen Zeitschritt besondere Bedeutung zu. Es wurde deshalb eine rechentechnisch effiziente Zeitschrittsteuerung fuer die Hydraulik entwickelt. Die Zeitschrittwahl orientiert sich dabei nicht an der Analyse einzelner Zustandsgroessenverlaeufe, sondern an der Dynamik im Gesamtsystem.
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Origins: /Bund/UBA/UFORDAT
Tags: Fernwärmeversorgung ? Fernwärme ? Temperaturverteilung ? Wärmeversorgung ? Hydraulik ? Regeltechnik ? Software ? Szenario ? Berechnungsverfahren ? Numerisches Verfahren ? Pumpe ? Simulation ? Simulationsmodell ? Strömungsmechanik ? Abbau ? Diffusion ? Mathematische Methode ? Rohrleitung ? Speicherung ? Bypass ? Explizites-Charakteristikenverfahren ? Implizite-finite-Differenzenverfahren ? Instationäre Strömung ? Integrale-Advektionsgeschwindigkeit ? Knoten/Elementkonzept ? Mischungstemperatur ? Stationäre Strömung ? Thermohydraulisches-Szenario ? Upwind-Verfahren ? Wärmetransport ? Zeitliche Simulation ?
Region: Niedersachsen
License: cc-by-nc-nd/4.0
Language: Deutsch
Time ranges: 1992-01-01 - 1994-06-30
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