Dynamisches Modell eines Expansionsventils
- Titel
- Dynamisches Modell eines Expansionsventils
- Autor/in
- Datierung
- 04.01.2019
- Beschreibung
- Die Schweiz steht, aufgrund der derzeitigen politischen und technologischen globalen Entwicklungen
auf den Energiemärkten, vor Veränderungen. Von den in der Schweiz jährlich verbrauchten
229 Terrawattstunden Energie entfallen 61 Terrawattstunden auf die Haushalte [1]. Ein Grossteil
dieses Verbrauches ist auf Anwendungen zurückzuführen, die nach dem Prinzip des links- oder
rechtslaufenden Kreisprozesses funktionieren. Konkret handelt es sich dabei um Wärmepumpen
und Kältemaschinen. Die Anzahl Wärmepumpen wird in naher Zukunft mit grosser Wahrscheinlichkeit
steigen, da für die Gebäudeklimatisierung vermehrt auf Wärmepumpen gesetzt wird. Es
liegt im Interesse von Hersteller und Endverbraucher, dass diese Maschinen so effizient wie möglich
zu betreiben sind. Um dies zu ermöglichen, müssen die einzelnen Komponenten im ersten Schritt
untersucht und in einem weiteren Schritt optimiert werden. Eine solche Komponente in einem
linkslaufenden Kreisprozess ist das Expansionsorgan. In dieser Arbeit wird ein Kapillarrohr, das als
Expansionsorgan eingesetzt wird, betrachtet. Es entstanden zwei physikalische Simulationsmodelle
mit der Modellierungssprache Modelica. Bei einem Modell handelt es sich um ein nulldimensionales
Korrelationsmodell, dass die Zustände nicht physikalisch, sondern mit aus Messpunkten ermittelten
Parameter berechnet. Das zweite Modell ist ein eindimensionales Finite-Volumen Modell. In
diesem werden für jedes Kontrollvolumen die Massen-, Impuls- und Energieerhaltungsgleichungen
aufgestellt und gelöst. Beide Modelle wurden mit Messdaten aus der Literatur validiert. Für
eine Verwendung der Modelle gibt es einige Punkte zu beachten. Als Arbeitsmedium kann nur
R600a (Isobutan) verwendet werden. Weiter rechnet das eindimensionale Modell sämtliche Strömungen
nicht gesperrt. Auch werden die Wärmeströme über die Aussenwand vernachlässigt. Für
eine Implementierung in ein Gesamtsystem sollten diese Punkte weiter untersucht und im Modell
berücksichtigt werden.
Due to the current political and technological developments on the global energy markets, Switzerland
is facing changes. Of the 229 terawatt hours of energy consumed annually in Switzerland, 61
terawatt hours are accounted for by households [1]. A large part of this consumption is attributable
to applications that are functioning according to the principle of thermodynamic cycles. Specifically,
these are heat pumps and refrigerators. The number of heat pumps is likely to increase soon,
as heat pumps are increasingly being used for air conditioning in buildings. It is in the interest of
manufacturers and consumers that these machines are operated as efficiently as possible. To make
this feasible, the individual components must first be examined and then optimised. One such component
in a refrigerator is the expansion device. In this thesis, a capillary tube is considered which
is used as an expansion device. Two physical simulation models were developed with the modelling
language Modelica. One model is a zero-dimensional correlation model, which does not calculate
the states physically, but with parameters determined from empirical data. The second model is
a one-dimensional finite-volume model. In this model, the conservation of mass, momentum and
energy is established and equations are solved for each control volume. Both models were validated
with empirical data from literature. There are some points to consider when using the models.
Only R600a (isobutane) can be used as working medium. Further the one-dimensional model calculates
all flows as non-choked flows. The heat flows over the outer wall are also neglected. For a
successful implementation into a refrigeration system, these points should be further investigated
and considered in the model.
- Die Schweiz steht, aufgrund der derzeitigen politischen und technologischen globalen Entwicklungen
- Urheberrechtshinweis
- Achermann Sandro, Hochschule Luzern - Departement Technik & Architektur
HSLU
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
Werk
- Titel
- Dynamisches Modell eines Expansionsventils
- Beschreibung
- Die Schweiz steht, aufgrund der derzeitigen politischen und technologischen globalen Entwicklungen
auf den Energiemärkten, vor Veränderungen. Von den in der Schweiz jährlich verbrauchten
229 Terrawattstunden Energie entfallen 61 Terrawattstunden auf die Haushalte [1]. Ein Grossteil
dieses Verbrauches ist auf Anwendungen zurückzuführen, die nach dem Prinzip des links- oder
rechtslaufenden Kreisprozesses funktionieren. Konkret handelt es sich dabei um Wärmepumpen
und Kältemaschinen. Die Anzahl Wärmepumpen wird in naher Zukunft mit grosser Wahrscheinlichkeit
steigen, da für die Gebäudeklimatisierung vermehrt auf Wärmepumpen gesetzt wird. Es
liegt im Interesse von Hersteller und Endverbraucher, dass diese Maschinen so effizient wie möglich
zu betreiben sind. Um dies zu ermöglichen, müssen die einzelnen Komponenten im ersten Schritt
untersucht und in einem weiteren Schritt optimiert werden. Eine solche Komponente in einem
linkslaufenden Kreisprozess ist das Expansionsorgan. In dieser Arbeit wird ein Kapillarrohr, das als
Expansionsorgan eingesetzt wird, betrachtet. Es entstanden zwei physikalische Simulationsmodelle
mit der Modellierungssprache Modelica. Bei einem Modell handelt es sich um ein nulldimensionales
Korrelationsmodell, dass die Zustände nicht physikalisch, sondern mit aus Messpunkten ermittelten
Parameter berechnet. Das zweite Modell ist ein eindimensionales Finite-Volumen Modell. In
diesem werden für jedes Kontrollvolumen die Massen-, Impuls- und Energieerhaltungsgleichungen
aufgestellt und gelöst. Beide Modelle wurden mit Messdaten aus der Literatur validiert. Für
eine Verwendung der Modelle gibt es einige Punkte zu beachten. Als Arbeitsmedium kann nur
R600a (Isobutan) verwendet werden. Weiter rechnet das eindimensionale Modell sämtliche Strömungen
nicht gesperrt. Auch werden die Wärmeströme über die Aussenwand vernachlässigt. Für
eine Implementierung in ein Gesamtsystem sollten diese Punkte weiter untersucht und im Modell
berücksichtigt werden.
Due to the current political and technological developments on the global energy markets, Switzerland
is facing changes. Of the 229 terawatt hours of energy consumed annually in Switzerland, 61
terawatt hours are accounted for by households [1]. A large part of this consumption is attributable
to applications that are functioning according to the principle of thermodynamic cycles. Specifically,
these are heat pumps and refrigerators. The number of heat pumps is likely to increase soon,
as heat pumps are increasingly being used for air conditioning in buildings. It is in the interest of
manufacturers and consumers that these machines are operated as efficiently as possible. To make
this feasible, the individual components must first be examined and then optimised. One such component
in a refrigerator is the expansion device. In this thesis, a capillary tube is considered which
is used as an expansion device. Two physical simulation models were developed with the modelling
language Modelica. One model is a zero-dimensional correlation model, which does not calculate
the states physically, but with parameters determined from empirical data. The second model is
a one-dimensional finite-volume model. In this model, the conservation of mass, momentum and
energy is established and equations are solved for each control volume. Both models were validated
with empirical data from literature. There are some points to consider when using the models.
Only R600a (isobutane) can be used as working medium. Further the one-dimensional model calculates
all flows as non-choked flows. The heat flows over the outer wall are also neglected. For a
successful implementation into a refrigeration system, these points should be further investigated
and considered in the model.
- Die Schweiz steht, aufgrund der derzeitigen politischen und technologischen globalen Entwicklungen
- Autor/in
- Externe Praxispartner
- V-Zug
- Datierung
- 04.01.2019
- Format
- ix, 66 Seiten
- Ort
- Sprache
Rechte
- Urheberrecht
- Achermann Sandro, Hochschule Luzern - Departement Technik & Architektur
- Hinweis zu Rechtsgrundlagen
- Lizenzierung
- Klassifikation