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Physik » Thermodynamik & Statistische Physik » zeitlichen Druckanstieg berechnen
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Beruf zeitlichen Druckanstieg berechnen
GerdS
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Themenstart: 2018-02-16


Hallo zusammen,
ich habe mal den Bereich "Beruf" gewählt obwohl ich arbeitslos bin. Es handelt sich aber um eine Fragestellung aus dem praktischen Bereich. Mein Ausbildungshintergrund ist Dipl. Ing. , das Studium liegt aber schon 25 Jahre zurück (ich bitte um Milde, wenn ich die Differentialgleichungen nicht mehr hin bekomme).
Jetzt zu meinem Problem:
Ich möchte ein Simulationsprogramm für eine Dampfmaschine schreiben. Dazu muß ich die zeit- und bedienungsabhängigen Drücke im Zylinder berechnen.
Ausgangspunkt ist ein großer Dampfkessel mit ca 7000l Volumen (Druck (15bar abs.) und Temperatur(198°C) sind also konstant).
Nach dem Absperrventil folgt ein Rohr mit fed-Code einblenden 0,14m und 1,9m Länge also 29,25l Volumen, dann ein Zwischenbehälter mit 40l, danach 22 parallele Rohre mit fed-Code einblenden 0,03m und 18,7m Länge also 290,8l Gesamtvolumen (13,22l pro Rohr), dann wieder ein Zwischenbehälter mit 40l, danach zwei parallele Rohre mit fed-Code einblenden 0,13m und 2,75m Länge also 73l Gesamtvolumen (36,5l pro Rohr) am Ende dieser Rohre befindet sich je ein Behälter mit 20l Volumen.
Gesamtlänge des Röhrensystems 24,4m Gesamtvolumen 513,75l.
An dieser Stelle befindet sich eine zweite Absperrvorrichtung. Danach folgt noch je ein Einströmkanal mit 19l und der eigentliche Zylinderraum (die Größe variiert je nach Kurbelstellung zwischen 0 und 190l bei 2 Zylindern mit 90° Kurbelversatz also ca 100l - 290l).

Jetzt zur Berechnung:
Ausgangspunkt P-kessel 15bar abs. Tkessel 198°C spez v 0,1317m³/kg
              p-rohr    1bar abs. Trohr   198°C spez v 2,17  m³/kg (Überhitzer Dampf) zum Zeitpunkt der Ventilöffnung herscht ein Kritsches Druckverhältnis, daher ß krit=(2/x+1)^x/x-1 mit x=1,135 für Sattdampf => 0,577.
krit Geschwindigkeit c=sqrt(2x/x+1 *p1*v1) = sqrt( 1,0632 * 1 500 000 * 0,1317) = 458m/s
Nach 1ms ist der Dampf also 0,458m weit ins Rohr vorgedrungen der krit Druck beträgt 0,577*15bar= 8,655bar (T=173°C, v=0,2238m³/kg), bei einer Ventilöffnung von 1cm² beträgt das eingeströmte Volumen = d²*pi/4 *l =
0,01²m²*pi/4*0,458m = 0,00003597 m³ mit Dichte = 4,468 kg/m³ => eingeströmte Masse = 0,0001607Kg.
Im Rohr befand sich nach dieser einen Millisekunde aber bereits Überhitzter Dampf von 1bar und 198°C.
Frage:
1. welcher Druck und welche Temperatur ergibt sich nach 1ms direkt hinter dem Absperrventil (oder in den ersten 0,458m)?
2. welcher Druck und welche Temperatur ergibt sich nach 2ms, nach 3ms usw direkt hinter dem Absperrventil?
3. bleibt die Geschwindigkeit mit der sich die Druckwelle fortpflanzt bei 458m/s? ist also nach t=s/v 24,4m/458m/s = 0,0532 sek der Druckanstieg an der zweiten Absperrvorrichtung angekommen?
4. wie sieht der Druckanstieg p(t) im ersten, im zweiten, im dritten Zwischenbehälter und im Zylinder aus?
5. wie verändert sich der Druckanstieg wenn in den 22 parallelen Rohren Wärme zugeführt(überhitzter Dampf) und im Zylinder Wärme abgeführt(Rückgang der Überhitzung bzw Kondensation) wird?

Nachdem ich alles nochmal durchgelesen habe, stelle ich fest, daß das ziemlich komliziert klingt.
Also das wichtigste noch mal in Kurzform:
in einem Rohr mit fed-Code einblenden 0,14m und 1,9m Länge befindet sich überhitzter Dampf von 1bar und 198°C,
dann strömt pro 1ms 0,0001607kg Sattdampf von 8,655bar und 173°C 0,458m weit ins Rohr, wie sieht p(t) am Ende des Rohres aus wenn nach dem Rohr noch ein Volumen von 484,5l folgt?

Anmerkung: erst wenn der Druck im Rohr über 8,655bar ansteigt sinkt die Einströmgeschwindigkeit (andere Formel).

Vieleicht kann mir ja hier jemand weiterhelfen (die Hoffnung stirbt zuletzt)
für alle die sich dem Problem annehmen wollen schon mal ein DICKES Danke!

PS: Rückfragen können einige Tage dauern, da ich kein Internet zu Hause habe



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jacha2
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.1, eingetragen 2018-02-21


Salut & bienvenu sur la planète de la mathématique,

Erwerbsstatus, Konfession etc ist für Physik belanglos, die Klassifikation bezweckt eine Niveaubekundung der erwarteten Antworten...
2018-02-16 16:09 - GerdS im Themenstart schreibt: Hallo zusammen,
ich habe mal den Bereich "Beruf" gewählt obwohl ich arbeitslos bin. Es handelt sich aber um eine Fragestellung aus dem praktischen Bereich. ...
...und trifft daher zu.
2018-02-16 16:09 - GerdS im Themenstart schreibt: ... Mein Ausbildungshintergrund ist Dipl. Ing. , das Studium liegt aber schon 25 Jahre zurück (ich bitte um Milde, wenn ich die Differentialgleichungen nicht mehr hin bekomme)....
Es gibt auf dem "MP" ein Unterforum und hervorragende Artikel zu Differentialgleichungen...
2018-02-16 16:09 - GerdS im Themenstart schreibt: ... Jetzt zu meinem Problem:
Ich möchte ein Simulationsprogramm für eine Dampfmaschine schreiben. Dazu muß ich die zeit- und bedienungsabhängigen Drücke im Zylinder berechnen.
Ausgangspunkt ist ein großer Dampfkessel mit ca 7000l Volumen (Druck (15bar abs.) und Temperatur(198°C) sind also konstant).
Nach dem Absperrventil folgt ein Rohr mit fed-Code einblenden 0,14m und 1,9m Länge also 29,25l Volumen, dann ein Zwischenbehälter mit 40l, danach 22 parallele Rohre mit fed-Code einblenden 0,03m und 18,7m Länge also 290,8l Gesamtvolumen (13,22l pro Rohr), dann wieder ein Zwischenbehälter mit 40l, danach zwei parallele Rohre mit fed-Code einblenden 0,13m und 2,75m Länge also 73l Gesamtvolumen (36,5l pro Rohr) am Ende dieser Rohre befindet sich je ein Behälter mit 20l Volumen.
Gesamtlänge des Röhrensystems 24,4m Gesamtvolumen 513,75l.
An dieser Stelle befindet sich eine zweite Absperrvorrichtung. Danach folgt noch je ein Einströmkanal mit 19l und der eigentliche Zylinderraum (die Größe variiert je nach Kurbelstellung zwischen 0 und 190l bei 2 Zylindern mit 90° Kurbelversatz also ca 100l - 290l).

Jetzt zur Berechnung:
Ausgangspunkt P-kessel 15bar abs. Tkessel 198°C spez v 0,1317m³/kg
              p-rohr    1bar abs. Trohr   198°C spez v 2,17  m³/kg (Überhitzer Dampf) zum Zeitpunkt der Ventilöffnung herscht ein Kritsches Druckverhältnis, daher ß krit=(2/x+1)^x/x-1 mit x=1,135 für Sattdampf => 0,577.
krit Geschwindigkeit c=sqrt(2x/x+1 *p1*v1) = sqrt( 1,0632 * 1 500 000 * 0,1317) = 458m/s
Nach 1ms ist der Dampf also 0,458m weit ins Rohr vorgedrungen der krit Druck beträgt 0,577*15bar= 8,655bar (T=173°C, v=0,2238m³/kg), bei einer Ventilöffnung von 1cm² beträgt das eingeströmte Volumen = d²*pi/4 *l =
0,01²m²*pi/4*0,458m = 0,00003597 m³ mit Dichte = 4,468 kg/m³ => eingeströmte Masse = 0,0001607Kg.
Im Rohr befand sich nach dieser einen Millisekunde aber bereits Überhitzter Dampf von 1bar und 198°C....
Ja, aber davor doch auch, der bisherigen zufolge. Und woher kommen die Meßwerte? Mit welcher Zeitauflösung?
2018-02-16 16:09 - GerdS im Themenstart schreibt: ...Frage:
1. welcher Druck und welche Temperatur ergibt sich nach 1ms direkt hinter dem Absperrventil (oder in den ersten 0,458m)?
...soll hier von einer Stoßwellensimulation, einer Strömungssimulation einer Druckwelle oder von welcher Modellvorstellung soll überhaupt ausgegangen werden?
2018-02-16 16:09 - GerdS im Themenstart schreibt: 2. welcher Druck und welche Temperatur ergibt sich nach 2ms, nach 3ms usw direkt hinter dem Absperrventil?
3. bleibt die Geschwindigkeit mit der sich die Druckwelle fortpflanzt bei 458m/s? ist also nach t=s/v 24,4m/458m/s = 0,0532 sek der Druckanstieg an der zweiten Absperrvorrichtung angekommen?
Was sich rechnerisch ergibt, hängt von der zugrundegelegten Modellierung ab. Ob also schlichte Kalorimetrie oder wie détailliert hier vorgegangen werden soll und welche Kontrollparametrierung gewählt wird. Die muß der Fragesteller schon liefern bzw. vorschlagen.
2018-02-16 16:09 - GerdS im Themenstart schreibt: 4. wie sieht der Druckanstieg p(t) im ersten, im zweiten, im dritten Zwischenbehälter und im Zylinder aus?
5. wie verändert sich der Druckanstieg wenn in den 22 parallelen Rohren Wärme zugeführt(überhitzter Dampf) und im Zylinder Wärme abgeführt(Rückgang der Überhitzung bzw Kondensation) wird?

Nachdem ich alles nochmal durchgelesen habe, stelle ich fest, daß das ziemlich komliziert klingt.
Also das wichtigste noch mal in Kurzform:
in einem Rohr mit fed-Code einblenden 0,14m und 1,9m Länge befindet sich überhitzter Dampf von 1bar und 198°C,
dann strömt pro 1ms 0,0001607kg Sattdampf von 8,655bar und 173°C 0,458m weit ins Rohr, wie sieht p(t) am Ende des Rohres aus wenn nach dem Rohr noch ein Volumen von 484,5l folgt?

Anmerkung: erst wenn der Druck im Rohr über 8,655bar ansteigt sinkt die Einströmgeschwindigkeit (andere Formel).

Vieleicht kann mir ja hier jemand weiterhelfen (die Hoffnung stirbt zuletzt)
für alle die sich dem Problem annehmen wollen schon mal ein DICKES Danke!

PS: Rückfragen können einige Tage dauern, da ich kein Internet zu Hause habe
Tja, vor kurzem war das Internet in der hohen Politik noch Neuland.
Die Darstellung der Angelegenheit sieht weniger kompliziert als mit deutlichem Potential in Richtung Strukturierung aus. Wenn ich mir vergegenwärtige, wie lange ich gebraucht habe, um auch nur die ersten halbwegs passenden Rückfragen und Vorschläge zu formulieren, erklärt sich womöglich, daß manche berufenere als ich "lange Zähne" gemacht haben.
(Das Forum dient überwiegend Fragestellungen im Übungsaufgabenumfang und nicht der Einrichtung von Kollaborationen für Software).

Das erste, was sich empfiehlt, ist eine Benennung von allem und jedem mit eindeutigen und kurzen Bezeichnungen (da es wohl um Gleichungen und erst als Ergebnis der Simulation um numerische Werte gehen soll, oder?)

Für Gleichungen stehen Formeleditoren zur Verfügung; die hier gewählte Inline-Darstellung ist leider mehrdeutig und schwer lesbar. Eine Skizze wäre auch nicht schlecht, damit sich nicht jeder, der sich einen Überblick verschaffen will, erst gedanklich hindurchschlängeln muß. Was die Elaboriertheit der Grafik angeht, ist man hier zwar schon einiges gewohnt (es sollte nicht unbedingt das 5 MB Smartphone Image Upload einer Kugelschreiberskizze als Maßstab genommen werden, zumal der Upload fürs lokale Einbinden nur 250 kB zuläßt).

Deswegen die Schlagworte, die das Arbeitsprogramm beschreiben, mit dem die Aufgabe derzeit gelöst werden könnte:

1. stellt man unter Zuhilfenahme von Kontinuitäts- und Zustandsgleichung eine Form der Navier-Stokes-Gleichung oder einer ihrer Varianten auf,
2. modelliert die Geometrie in einem adaptiven 3D-Mesh,
3. wählt die Zustandsvariablen (hier wohl T und p oder v) und
4. läßt die dergestalt in eine der Numerik zugänglichen Form von Differenzengleichungsmatrizen von einem pDGl-Solver bearbeiten, um
5. die Ergebnisse zu visualisieren als 3D-Formen der genannten Größen, bzw.
6. stellt durch Aneinanderfügung von Ergebnissen mit festen oder variablen Zeitintervallen eine Animation her.

Demnach ist das zweite, was sich empfiehlt: Aufgabe soweit herunterzubrechen, daß Antwortwillige mit höchstens 15 min Hineindenken beitragen können.

Adieu




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GerdS
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.2, vom Themenstarter, eingetragen 2018-02-27


Tut mir leid wenn der erste Versuch mein Problem zu beschreiben daneben gegangen ist.
Also nochmal von vorn.
Hier mal ein Übersichtsbild zur Anordnung der Rohre und Behälter:



Anmerkung: die Volumen von Zylinder 1 und 2 beziehen sich auf eine willkürlich gewählte Kurbelposition von 30 bzw 120°. Mit Totem Raum wird das Volumen das zwischen Zylinderdeckel und totpunktlage des Kolbens plus Kanal zwischen Behälter 3 bzw 4 und Zylinder 1 bzw 2 bezeichnet.

Gesucht wird nun der zeitliche Verlauf des Drucks in den Zylinderräumen.

Ausgangsparameter:
Kessel: p=15 bar abs T=198°C v=0,1317 fed-Code einblenden (soll im weiteren verlauf als konstant betrachtet werden)
Rohrsystem und Zylinder: p=1 bar (also Luftdruck) T=198°C (also überhitzter Dampf)
Absperrventil wird zum Zeitpunkt fed-Code einblenden auf fed-Code einblenden = 1 cm² = 0,0001m² geöffnet.

Einströmvorgang:
Das Druckverhältnis fed-Code einblenden = fed-Code einblenden =0,0666
Das krit. Druckverhältnis bei Sattdampf(x=1,135) = fed-Code einblenden
fed-Code einblenden fed-Code einblenden =0,577

da das Druckverhältnis mit 0,0666 kleiner als 0,577 ist liegt eine kritische Strömung vor.
Strömungsgeschwindigkeit c= fed-Code einblenden = fed-Code einblenden =458 fed-Code einblenden
krit Druck =p_Kessel*0,577=15*0,577 = 8,655bar
Tabellenwerte bei 8,655bar v=0,2238 fed-Code einblenden T=173°C

Der Dampf der in das Rohr strömt hat also eine Geschwindigkeit von 458m/s einen Druck von 8,655bar ein spez Volumen von 0,2238 fed-Code einblenden und eine Temperatur von 173°C. Der Querschnitt im Absperrventil beträgt 0,0001m².
Im Rohr herscht Luftdruck 1bar bei 198°C.

Frage: Angenommen die Geschwindigkeit (mit der sich der Druck ausbreitet) ändert sich nicht, dann erreicht der Druckanstieg nach fed-Code einblenden =0,0527sec den Zylinderraum. Richtig?
Aber um wieviel steigt der Druck in jeder weiteren Millisekunde und welche Temperatur hat der Dampf dann?
Also Volumen des Rohrsystems + 2*Toter Raum + Zylinder 1 + Zylinder 2 = 0,512 + 0,03 + 0,173 + 0,042 = 0,757m³ mit 1bar und 198°C.
Dazu strömt nun pro Millisekunde fed-Code einblenden Dampf mit 8,655bar und 173°C zusätzlich ein.
Ergibt nach 0,0537; 0,0547; 0,0557sec usw. welchen Druck im Zylinderraum?
Hier komme ich einfach nicht weiter.
Ich scheitere daran die Tempetatur und den Druck die sich beim Einströmvorgang ergeben zu berechnen.
Erschwerend kommt dann noch hinzu, daß im Mittelteil (Rohr2) ein zusätzlicher Wärmestrom den Dampf Überhitzt. Hierzu kann ich bisher nur sagen das im Betrieb Dampftemperaturen von 350 bis 450°C erreicht werden.
Der Zylinder selbst ist nicht Wärmedicht so das hier im Betrieb Wärme verloren geht.

Ich hoffe die Darstellung meines Problems ist nun etwas deutlicher geworden.
Vieleicht weiß ja jemand mit welchen Formeln ich hier weiter komme oder in welchem Buch so ein Einströmvorgang behandelt wird?
Dank an alle
Gruß Gerd



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jacha2
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.3, eingetragen 2018-02-28


Salut,

kein Problem, jetzt erreicht ...
2018-02-27 16:27 - GerdS in Beitrag No. 2 schreibt:
Tut mir leid wenn der erste Versuch mein Problem zu beschreiben daneben gegangen ist.
...dein Post womöglich mehr Betrachter, die sich mit der Fragestellung befassen, statt mit der Darstellung klarzuzukommen.
2018-02-27 16:27 - GerdS in Beitrag No. 2 schreibt: ...Frage: Angenommen die Geschwindigkeit (mit der sich der Druck ausbreitet) ändert sich nicht, dann erreicht der Druckanstieg nach fed-Code einblenden =0,0527sec den Zylinderraum. Richtig?
Aber um wieviel steigt der Druck in jeder weiteren Millisekunde und welche Temperatur hat der Dampf dann?
Also Volumen des Rohrsystems + 2*Toter Raum + Zylinder 1 + Zylinder 2 = 0,512 + 0,03 + 0,173 + 0,042 = 0,757m³ mit 1bar und 198°C.
Dazu strömt nun pro Millisekunde fed-Code einblenden Dampf mit 8,655bar und 173°C zusätzlich ein.
Ergibt nach 0,0537; 0,0547; 0,0557sec usw. welchen Druck im Zylinderraum?
Hier komme ich einfach nicht weiter.
...Vieleicht weiß ja jemand mit welchen Formeln ich hier weiter komme oder in welchem Buch so ein Einströmvorgang behandelt wird?...
Womöglich finden sich hier:www.umwelt-campus.de/~k.brinkmann/Publications/Dampfmaschine-pdf.pdf
einige Links.

Wenn es wirklich nur um eine Kalorimetrie des Anfangsdruckanstiegs ginge, dann würde doch schon ein einfacher Mischwärme-Ansatz genügen:
2 durch jeweilige T,n,V,p definierte Dampfvolumina, nämlich der Massezustrom und der im Arbeitszylindervorraum vorhandene Dampf finden sich im Arbeitszylindervorraum zusammen, welcher Druck und welche Temperatur stellt sich ein. In beliebig kleinen Zeitschritten.

Bleibt jedoch offen, was die Fragestellung für den Stationärbetrieb bedeutet. Deine Angaben zur Betriebstemperatur deuten darauf hin, daß diese Stoßwellenausbreitung eher unerheblich ist.

Adieu



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GerdS
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.4, vom Themenstarter, eingetragen 2018-02-28


Ich denke mein Problem ist, daß ich den Einströmvorgang weder als geschlossenes noch als offenes System betrachten kann.
Im ersten Fall dürfte keine Masse hinzugefügt werden;
im zweiten Fall müßte genau soviel Masse wie rein geht auch wieder raus kommen (Kontinuitätsgleichung). Beides ist hier nicht der Fall, da der Dampf im Rohrsystem und Zylinder gespeichert wird.
Vieleicht kennt jemand ein Buch in dem solche Vorgänge berechnet werden?

Danke
Gruß Gerd



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Salut,

eine Frage der Systemgrenzen sowie der thermischen und mechanischen ...
2018-02-28 20:35 - GerdS in Beitrag No. 4 schreibt:
Ich denke mein Problem ist, daß ich den Einströmvorgang weder als geschlossenes noch als offenes System betrachten kann.
Im ersten Fall dürfte keine Masse hinzugefügt werden;
im zweiten Fall müßte genau soviel Masse wie rein geht auch wieder raus kommen (Kontinuitätsgleichung). Beides ist hier nicht der Fall, da der Dampf im Rohrsystem und Zylinder gespeichert wird....
...Trägheit und damit durchaus einer Behandlung zugänglich, sofern passende Teilsysteme definiert sind, zwischen denen definierte Massen-, Energie- und Impulsströme über gleichfalls definierte Schnittstellen herrschen.
Die Unklarheiten resultieren daraus, daß einerseits eine mikroskopische Sicht auf Druckfronten herrscht, andrerseits aber dann nur der Anstieg des Drucks im Arbeitsraum interessiert, zumal die Beiträge von Überhitzer und die thermischen Verluste nicht weiter spezifiziert sind (und es in die Gleichungssysteme nichts einzutragen gäbe). Für die Eindeutigkeit der Lösungen der hier anzuwendenden pDGls sind aber die Rand- und Anfngsbedingungen erforderlich, daran hat sich nichts geändert.

Adieu



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GerdS
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.6, vom Themenstarter, eingetragen 2018-03-05


Ich habe mich da wohl ziemlich verrannt.
Denken Sie (jacha2) ich sollte die aufgabe noch mal neu in vereinfachter Form stellen?
Damit andere Leser unvoreingenommen sich mit der Aufgabe anfreunden können.
Oder ist es besser hier weiter zu machen?

Eine Vereinfachung könnte z.B. so aussehen:


Änderung zum vorherigen Bsp:
kein Röhrensystem mehr, nur noch ein Volumen
keine zusätzliche Wärme zu- oder Abfuhr

Die Frage würde nun lauten:
Berechne schrittweise den Druckanstieg p2, die Temperatur T2 und das spez. Volumen v2 in Abhängigkeit von der Zeit.
Bsp: fed-Code einblenden t=0,1sec
p2=p2 + fed-Code einblenden p ; fed-Code einblenden p= ??? Druckanstieg in 0,1 sec.
T2= ??? und v2= ???
also p20 ist der Ausgangszustand (1 bar, 198°C, 2,17m³/kg)
p21 ist der Zustand nach 0,1 sec (? bar, ?°C, ? m³/kg)
p22 ist der Zustand nach 0,2 sec (? bar, ?°C, ? m³/kg)
 ...
p210 ist der Zustand nach 1 sec (? bar, ?°C, ? m³/kg)
usw.
 fast das wichtigste Vergessen:
im Kessel ist Sattdampf (also Wasserdampf)
im Behälter V2 ist überhitzter Wasserdampf
Gruß Gerd



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jacha2
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.7, eingetragen 2018-03-07


Salut,
das ist imho eher eine Frage ...
2018-03-05 14:50 - GerdS in Beitrag No. 6 schreibt:
Ich habe mich da wohl ziemlich verrannt.
...des Erwartungshorizontes. Es ist zwar nicht auszuschließen, daß irgend jemand seine Formelsammlung aus 150 Jahren Dampfmotorenkonstruktion hier einstellt, aber die mW letzte deutsche Neukonstruktion für Schienenfahrzeuge (Ing. Roosen bei Henschel) wurde in den 50er Jahren verschrottet ("Unsere Loks gewöhnen sich das Rauchen ab") und  in der Gegend hier ist nur noch eine Compoundanlage in Betrieb, der vor ein paar Jahren eine elektronische Schiebersteuerung verpaßt wurde.
2018-03-05 14:50 - GerdS in Beitrag No. 6 schreibt:
Denken Sie (jacha2) ich sollte die aufgabe noch mal neu in vereinfachter Form stellen?
 Warum? Sie könnten einfach weitermachen, sofern Ihre Themensetzung soweit "abschichtbar" ist, daß Sie aus der solcherart entstandenen Assemblage wieder ein sinnvolles Ganzes erstehen lassen. Wir sind schon auf diesem Weg. Es gab bereits andere, anfänglich eigenartig konditionierte, Aufgabenstellungen, aus denen ein Ergebnis erarbeitet wurde.
Ihre Frage wäre aus meiner Sicht ...
2018-03-05 14:50 - GerdS in Beitrag No. 6 schreibt:
Damit andere Leser unvoreingenommen sich mit der Aufgabe anfreunden können.
Oder ist es besser hier weiter zu machen?
 ...bejahend zu beantworte: Hier weitermachen. Voreingenommenheiten lagen nicht in meiner Absicht, sondern der Versuch, vor dem Hintergrund Ihrer Angaben darlegen zu lassen, welche Vorüberlegungen dem Design Ihres Programmes zugrundeliegen.
Einschub
Zudem kann man die eigenen Erkenntnisse in Aufsätzen vorstellen, die den üblichen Forenfragenumfang übersteigen (die dazu allerdings notwendigerweise existieren). Davon finden sich immer wieder Abrisse im Matheplanet-Frontispiz. Wie hoch dieser "Münchhausen-Koeffizient" (womit versuchsweise das Ausmaß der Selbstertüchtigung bezeichnet werde) ausfällt, mögen Sie den Artikeln und den sich danach entfachenden Kontroversen ersehen. Dort gibt es eine Redaktionsetage.
Einschub Ende
2018-03-05 14:50 - GerdS in Beitrag No. 6 schreibt:
Eine Vereinfachung könnte z.B. so aussehen:


Änderung zum vorherigen Bsp:
kein Röhrensystem mehr, nur noch ein Volumen
keine zusätzliche Wärme zu- oder Abfuhr

Die Frage würde nun lauten:
Berechne schrittweise den Druckanstieg p2, die Temperatur T2 und das spez. Volumen v2 in Abhängigkeit von der Zeit.
Bsp: fed-Code einblenden t=0,1sec
p2=p2 + fed-Code einblenden p ; fed-Code einblenden p= ??? Druckanstieg in 0,1 sec.
T2= ??? und v2= ???
also p20 ist der Ausgangszustand (1 bar, 198°C, 2,17m³/kg)
p21 ist der Zustand nach 0,1 sec (? bar, ?°C, ? m³/kg)
p22 ist der Zustand nach 0,2 sec (? bar, ?°C, ? m³/kg)
 ...
p210 ist der Zustand nach 1 sec (? bar, ?°C, ? m³/kg)
usw....

Damit ist hinreichend abgeschichtet, so daß der Zustand 0 aus 2 Teilsystemen, dem Behälter A und dem Teil des Kesselvolumens, das im betrachteten Zeitintervall den zumr Einströmen bereitstehenden Sattdampf B, gebildet werden kann, die (zunächst ohne Energieaustausch mit der Umgebung (thermisch isoliert) zusammengeführt werden und dabei die Zustände 1 etc. einnehmen. Die Übergänge sollen quasistatisch erfolgen, damit wir Oszillationen und kinetische Energien von  Dampfstößen erforderlichenfalls gesondert betrachten können.
Zustand 0: Heißdampf in A, Sattdampfpaket B nebeneinander.
Zustand 1: Adiabatischer Druckausgleich, d.h., die beiden Gase sind durch eine gedachte isolierende Membran voneinander getrennt.
Zustand 2: Es erfolgt eine (gegen die Umgebung) adiabatische Kontraktion der beiden Volumina A und B auf A. Das Sattdampfpaket soll ja im Behälter verschwinden und nicht im Kessel bleiben. (Tut mir leid, so haben Sie das angesetzt. Ist umständlich, aber außer, daß wir halt mehr rechnen müssen, ist das im Bereich des physikalisch Erlaubten). Diesen Zwischenzustand könnte man ggf. übergehen, wenn wir ihn berechnet und für vernachlässigbar gefunden haben. Aber erst dann.
Zustand 3: Nun erfolgt der in A isobare Temperaturausgleich zwischen den beiden Gasen, indem die gedachte Membran zwischen den beiden Gasen wärmedurchlässig wird.
Damit ist unter anderem im Behälter der von Ihnen gesuchte Druck nach dem von Ihnen berechneten Intervall von 53,7 ms erreicht. Allerdings überall und ohne Strömung. Genauso wie die Temperatur. Genaugenommen müßten die Zustandsvariablen T und p in spitze Klammern gesetzt werden, weil es sich um Scharmittel handelt.

Diese 4 Zustände werden für jedes weitere Sattdampfpaket erneut durchlaufen. Irgendwann werden sich weitere Zustände anschließen, die mit dem Abdampf in gleichartiger Weise zusammenhängen!

Können Sie die Übergänge zwischen den obigen 4 Zuständen formelmäßig darstellen?
Insbesondere:
-Die innere Energie der beiden Teilpakete, die Prozeßvariablen
-Arbeit und
-Wärme für jeden Zustand?

Wenn nein, welche Schritte würden Sie für diesen Übergang ansetzen?

Wichtiger scheint mir, sich klarzumachen, daß diese Globalbetrachtung keinen Platz für Druck, Dichte-  und Temperaturfelder enthält, die Ihrem ersten Posting unterlegt war, worin eine Art Stoßwellenausbreitung des Kesseldrucks angedacht gewesen zu sein schien. Kinematische Phänomene sind diesem Modus nur ex post zugänglich.

Zur numer. Berechnung der Integrale für diese Prozeßführung benötigt man Mollier-Tafeln, die Ihnen bekannt sein dürften.

Adieu



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GerdS
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.8, vom Themenstarter, eingetragen 2018-03-07


hallo jacha2,
ganz nebenbei die letzte Dampflok die entwickelt wurde war die Baureihe 10 und von der wurden 1957 ganze 2 Stück gebaut.
Jetzt zu meinem (fast hätte ich "unserem" geschrieben) Problem.
Ich habe nie Thermodynamik gelernt; nicht in der Ausbildung und nicht im Studium. Mein Wissen beschränkt sich also auf das was ich in meinen Büchern gelesen habe - abzüglich dem was ich nicht verstanden habe :-(  
Die Bücher wären:
1. Physik für Inenieure Hering 3.Auflage
2. Technische Thermodynamik Kusowlew von 1954 (eine Übersetzung aus dem Russischen)
3. Strömungs- und Kolbenmaschinen Wagner 1986 sowie
4. Technische Wärmelehre Dietzel 2013.
In keinem der Bücher wird so ein "Einströmvorgang" beschrieben.
Auf ihre Frage, ob ich die Übergänge zwischen den 4 Zuständen formelmäßig darstellen kann muß ich also leider NEIN antworten und das bringt mich ins grübeln, ins zweifeln um nicht zu sagen zum verzweifeln.
Wie Sie sehen gehts mir heute nicht besonders gut; seit Monaten versuche ich mit diesen Berechnungen weiter zu kommen - ohne erfolg :-(
Sie sind tatsächlich der einzige der jemals auf meine Fragen reagiert hat.
Und nicht mal ihre Antworten scheine ich zu verstehen;
Sie schreiben z.B:
>
Zustand 1: Adiabatischer Druckausgleich, d.h., die beiden Gase sind durch eine gedachte isolierende Membran voneinander getrennt.
<
Sie Teilen den Behälter A in zwei Teile? Wie groß sollen die einzelnen Volumen sein? Verstehe ich so noch nicht.
alles was ich bisher glaube ausrechnen zu können ist:
das der Dampf mit 458 m/s einströmt und bei einem Querschnitt von 0,0001m² in 0,1 s ein Volumen von 0,00458m³ mit 8,655 bar und 173°C dazu kommen sollte. Oder stimmt das am Ende gar nicht?

dann schreiben Sie
>
Zustand 2: Es erfolgt eine (gegen die Umgebung) adiabatische Kontraktion der beiden Volumina A und B auf A. Das Sattdampfpaket soll ja im Behälter verschwinden und nicht im Kessel bleiben. (Tut mir leid, so haben Sie das angesetzt. Ist umständlich, aber außer, daß wir halt mehr rechnen müssen, ist das im Bereich des physikalisch Erlaubten). Diesen Zwischenzustand könnte man ggf. übergehen, wenn wir ihn berechnet und für vernachlässigbar gefunden haben. Aber erst dann.
<
der Sattdampf muß doch aus dem Kessel in den Behälter A strömen.

zu Zustand 3 schreiben Sie:
>
Genaugenommen müßten die Zustandsvariablen T und p in spitze Klammern gesetzt werden, weil es sich um Scharmittel handelt.
<
äh - was sind Scharmittel

>
Wenn nein, welche Schritte würden Sie für diesen Übergang ansetzen?
<
Wenn ich das wüßte wäre ich wohl einen großen Schritt weiter

>
Wichtiger scheint mir, sich klarzumachen, daß diese Globalbetrachtung keinen Platz für Druck, Dichte-  und Temperaturfelder enthält, die Ihrem ersten Posting unterlegt war, worin eine Art Stoßwellenausbreitung des Kesseldrucks angedacht gewesen zu sein schien. Kinematische Phänomene sind diesem Modus nur ex post zugänglich.
<
den Satz verstehe ich ehrlich gesagt nicht
alles was ich ausrechnen will ist der Druck; aber eben den zeitlichen Verlauf davon. Das mit der Druckwelle war ein Holzweg.

>
Zur numer. Berechnung der Integrale für diese Prozeßführung benötigt man Mollier-Tafeln, die Ihnen bekannt sein dürften.
<
sind Mollier Tafeln das gleiche wie Wasserdampftafeln
Zu denen habe ich noch von Bernd Glück einige Approximationsformeln zur Berechnung von: spez. Volumen, Enthalpie spez. Wärmekapazität (cp), Verdampfungswärme, Wärmeleitfähigkeit und dyn. Viskosität.

PS: noch eine Frage unter uns - gehe ich ihnen mit meinem NICHTwissen auf die Nerven (das wäre mir unangenehm und dann würde ich lieber - tja - aufgeben)
Zeit für den Nachhause Weg
Gruß Gerd



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jacha2
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.9, eingetragen 2018-03-09


Salut,

stimmt. Genau deswegen ...
2018-03-07 21:37 - GerdS in Beitrag No. 8 schreibt: ...
ganz nebenbei die letzte Dampflok die entwickelt wurde war die Baureihe 10 und von der wurden 1957 ganze 2 Stück gebaut.
... schrieb ich ja "Neukonstruktion": Die Henschel-Maschine hatte zuletzt 4 Achsen-Dampfmotore, keine konventionellen gekuppelten Schubstangenantriebe wie die Krupp-Loks.
Die von Ihnen zitierte Literatur kenne ich leider nicht, ich beziehe mich auf meine Vorlesungsmitschriften, Skripte, etc. Wir umreißen das zum Verständnis Notwendige.
2018-03-07 21:37 - GerdS in Beitrag No. 8 schreibt: Wie Sie sehen gehts mir heute nicht besonders gut; seit Monaten versuche ich mit diesen Berechnungen weiter zu kommen - ohne erfolg frown
Sie sind tatsächlich der einzige der jemals auf meine Fragen reagiert hat...
Bis jetzt. Der Thread hat schon einige Mitleser. Sie haben lediglich einen steilen Befassungs-Potentialwall am Problemeingang aufgeschichtet, den wir nun peu à peu "abschichten".
2018-03-07 21:37 - GerdS in Beitrag No. 8 schreibt: ...Und nicht mal ihre Antworten scheine ich zu verstehen;
Sie schreiben z.B:
>
Zustand 1: Adiabatischer Druckausgleich, d.h., die beiden Gase sind durch eine gedachte isolierende Membran voneinander getrennt.
<
Sie Teilen den Behälter A in zwei Teile? Wie groß sollen die einzelnen Volumen sein? Verstehe ich so noch nicht.
...Abwarten. Klassische Thermodynamik betrachtet Systeme (mit Systemvariablen E (oftmals als U bezeichnet), S, T, V, p, n, ...) und ihren Austausch über Prozeßvariablen (W, Q, ...).  Ein System bedarf keiner materiellen Wände, solange nur Austauschvorgänge über Grenzflächen beschrieben werden. Damit kann jedes klassische System geteilt und Teilsysteme zusammengefaßt werden.
Wir wählen hier ein zunächst inhomogenes System aus einem Sattdampfpaket A und den mit Heißdampf gefüllten Behälter B, Ihrer Anfangsüberlegung zum Einströmvorgang halber.
2018-03-07 21:37 - GerdS in Beitrag No. 8 schreibt: ...
alles was ich bisher glaube ausrechnen zu können ist:
das der Dampf mit 458 m/s einströmt und bei einem Querschnitt von 0,0001m² in 0,1 s ein Volumen von 0,00458m³ mit 8,655 bar und 173°C dazu kommen sollte. Oder stimmt das am Ende gar nicht?
...Zu den Zahlen, wenn das Konzept steht. Wir betrachten A als Menge des Kesseldampfes, die innerhalb des von Ihnen gewählten Zeitintervalls einströmt. Ihre Vorüberlegungen übernehme ich unbesehen, weil das Prinzip davon nicht tangiert wird und vertraue darauf, daß die Rechnungen stimmen bzw. korrigierbar sind. Ich versuche Ihren Ansatz einer Stoßwelle aufzugreifen und in die Prozeßführung einzufügen zusammen mit Ihrem Zustandsvariablensatz von B.
Wir stellen die Teilsysteme A und B nebeneinander, als seien sie untereinander mit einem verschiebbaren, masselosen, wärmeundurchlässigen Stempel (meinetwegen mit Ihren Ventilquerschnitt) verbunden, der sich Richtung Behälter zu verschieben beginnt. Das ist Ihre in den Kessel expandierende Sattdampfwolke, vorerst mit einer virtuellen wärmeisolierenden Membran umgeben, Heißt, wir wollen den Wärmeaustausch für die erste Prozeßführung als adiabatisch betrachten. Ein Sattdampfbolus, der in den Behälter fliegt.
Das Gesamtvolumen A+B bleibe konstant!
Adiabasie heißt hier kein Wärmeaustausch der Teilsysteme untereinander und mit der Umgebung.

Diese Sattdampfwolke A verrichtet unter Expansion Kompressionsarbeit am Behälterheißdampf solange, bis Druckgleichgewicht herrscht.

Man mag einwenden, daß die dem Kessel entfleuchende Sattdampfwolke dessen Druck, seine innere Energie, seine Molzahl etc.  senke. Das berührt aber unser Teilsystem nicht und wir können gern das Thema Nichtgleichgewichsthermodynamik und offene Systeme erörtern Bzgl. Ihrer Fragestellung führt das nicht weiter, weil uns die Kesselwasserspeisung und -Heizung in diesem Unterprogramm Ihres Werkes in spe hier (noch) nicht interessieren.

Was jetzt zu berechnen wäre:
Welche Expansionsarbeit verrichtet A an B.
Und zwar, wie bereits in meinem Vor-Vorposting erwähnt: ohne Schwingungen bis zum Druckgleichgewicht.

Suchen Sie bitte in Ihren Büchern, im Web oder in einem der Beiträge auf dem MP die Antwort auf die Fragen

a) Berechnung der adiabatischen Expansionsarbeit einer Sattdampfwolke?
b) Berechnung der adiabatischen Kompressionsarbeit an einem Heißdampf?
c) Was ergibt sich aus der Zwangsbedingung der Gesamt-Isochorie (V(A)+V(B)=const)?

Wenn auch das zu kompliziert ist, behandeln wir einstweilen Wasserdampf als ideales Gas. Das ist in vielen Fällen eine passable erste Näherung und hier insbesondere deswegen, weil wir annehmen, daß etwaige Kondensatbildungen sich auf Ingangsetzung beschränken und über Wasserabscheidung bereinigt werden. Ihre Thermo-Bücher sollten einschlägige Antworten liefern. Das halte ich bislang für sinnvoller, als hier eine Gleichung vorzusetzen.

Überlegen Sie sich auch, was neben der Abkühlung passiert, wenn Sattdampf unter Druckabsenkung expandiert. Das kann hier übrigens noch dazu führen, daß wir unsere Prozeßführung abändern müssen. Ich habe das noch nicht durchgerechnet, sondern will das zusammen mit Ihnen durchgehen.

Das weitere Procedere ist, daß wir uns danach die Membran zwischen A und B wegdenken. Das führt zu einem Wärmeübergang zwischen A und B. In welche Richtung dieser verläuft, hängt davon ab, ob A nach Expansion und Abkühlung immer noch wärmer ist als B nach Kompression und Erwärmung.
Wegen einer fehlenden Druckdifferenz, wird dabei von A soviel Verschiebearbeit an B verrichtet, wie B von A aufnimmt, nach außen dringt von dieser internen Arbeit nichts. Genauso wenig wie Wärme. Wir wollen trotzdem die entsprechenden Gleichungen aufschreiben, weil wir die Änderung der inneren Energie beider Teilsysteme aufrechnen wollen.

Der letzte Schritt besteht in einer Kontraktion des Volumens unseres vereinigten Systems auf das ursprüngliche des Behälters B. Die Kontraktionsarbeit verrichten wir mechanisch und adiabatisch von außen. Für dieses merkwürdige Zwischenspiel gibt es keine andere Begründung als die, daß wir nur dadurch
a) unsere künstliche Bildung zweier Teilsysteme thermobilanzmäßig berücksichtigen können und
b) den Behälter B für die Aufnahme weiterer 0,053 s - Pakete vorbereiten können (solange, bis der von Ihnen gewünschte Druckverlauf sich irgendwie abzeichnet), ohne daß seine Größe dauernd wächst.

Der Trick ist, daß wir irgendwann diesen letzten Schritt mit dem Speisewasserrücklauf aus der Kondensatkammer hinter dem Schieberkasten verrechnen, wenn die hier betrachtete Dampfkinematik des Arbeitszylinder-Vorraums steht und der Kreislauf sich schließt. Zwar waren Kondensloks nur in Namibia und ähnlichen Orten en vogue, aber dann können Sie auch mal sowas simulieren.
2018-03-07 21:37 - GerdS in Beitrag No. 8 schreibt: ...dann schreiben Sie
>
Zustand 2: Es erfolgt eine (gegen die Umgebung) adiabatische Kontraktion der beiden Volumina A und B auf A. Das Sattdampfpaket soll ja im Behälter verschwinden und nicht im Kessel bleiben. (Tut mir leid, so haben Sie das angesetzt. Ist umständlich, aber außer, daß wir halt mehr rechnen müssen, ist das im Bereich des physikalisch Erlaubten). Diesen Zwischenzustand könnte man ggf. übergehen, wenn wir ihn berechnet und für vernachlässigbar gefunden haben. Aber erst dann.
<
der Sattdampf muß doch aus dem Kessel in den Behälter A strömen....
Das habe ich in den Vorbemerkungen zu den Teilaspekten 1) bis 3)  dargelegt.
2018-03-07 21:37 - GerdS in Beitrag No. 8 schreibt: ...zu Zustand 3 schreiben Sie:
>
Genaugenommen müßten die Zustandsvariablen T und p in spitze Klammern gesetzt werden, weil es sich um Scharmittel handelt.
<
äh - was sind Scharmittel
keine Zeitmittelwerte sondern über das Ensemble, hier über das Volumen gemittelte Feldgrößen. Das sind die üblichen Zustands- oder Prozeßvariable in der klassischen Thermostatik und -Kalorik meistens. Beispiel: die Masse als Produkt einer mittleren Dichte und des Volumens. Die thermische Energie als Produkt aus materiespezifischen Wärmeenergie und mittlere Temperatur. Die Mittelung erfolgt über das gesamte von den Systemgrenzen umfaßten Volumen.
2018-03-07 21:37 - GerdS in Beitrag No. 8 schreibt: ...Wenn ich das wüßte wäre ich wohl einen großen Schritt weiter
>
Wichtiger scheint mir, sich klarzumachen, daß diese Globalbetrachtung keinen Platz für Druck, Dichte-  und Temperaturfelder enthält, die Ihrem ersten Posting unterlegt war, worin eine Art Stoßwellenausbreitung des Kesseldrucks angedacht gewesen zu sein schien. Kinematische Phänomene sind diesem Modus nur ex post zugänglich.
<
den Satz verstehe ich ehrlich gesagt nicht
alles was ich ausrechnen will ist der Druck; aber eben den zeitlichen Verlauf davon. Das mit der Druckwelle war ein Holzweg.
Für die FEM-Konstrukteure geben die mit unsern Zustandsvariablen makroskopischer Systeme gewonnenen Druckverläufe einen Rahmen, keineswegs aber die Auslegungsgrößen. Wenn ein Überdruckventil sich öffnet, gibt es tatsächlich, wie Sie angenommen haben, eine Druckwelle, die sich tatsächlich irgendwo fokussieren kann. Nur ist das eben derzeit eine Nummer zu groß, wenn Sie keine FEM-Modellierung betreiben. Solange Sie sich klarmachen, daß der Druckanstieg in Ihrem Behälterlabyrinth tatsächlich eine Ortsabhängigkeit hat, wir aber bei unserer Prozeßführung so tun, als herrsche überall in B derselbe ansteigende Druck
2018-03-07 21:37 - GerdS in Beitrag No. 8 schreibt: ...
[Zur numer. Berechnung der Integrale für diese Prozeßführung benötigt man Mollier-Tafeln, die Ihnen bekannt sein dürften.
]<
sind Mollier Tafeln das gleiche wie Wasserdampftafeln
Zu denen habe ich noch von Bernd Glück einige Approximationsformeln zur Berechnung von: spez. Volumen, Enthalpie spez. Wärmekapazität (cp), Verdampfungswärme, Wärmeleitfähigkeit und dyn. Viskosität.
Prima. Die gehen auch. Decken sie denn den (p,T)-Bereich Ihres Dampfmotors ab?
2018-03-07 21:37 - GerdS in Beitrag No. 8 schreibt: ...
PS: noch eine Frage unter uns - gehe ich ihnen mit meinem NICHTwissen auf die Nerven...
Off topic: Wenn Sie sich im Forum umhersehen oder besser noch sich mal in anderen Foren umsehen, dann hülfe das zu einer Readjustage. Wir sind hier mMn im grünen Bereich.
Wenn im Gefolge eines Posts Gesichtspunkte aufscheinen, deren Fokus eher auf der, nennen wir das Regie, als auf der Fragestellung liegen, kann man stets abwägen, ob der Weg über PNs genommen wird. Das ist bspw. der Fall, wenn das Themenverständnis des Auditoriums dadurch nicht beeinträchtigt wird.

Adieu










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GerdS
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.10, vom Themenstarter, eingetragen 2018-03-12


Hallo jacha2,

>
...Zu den Zahlen, wenn das Konzept steht. Wir betrachten A als Menge des Kesseldampfes, die innerhalb des von Ihnen gewählten Zeitintervalls einströmt. Ihre Vorüberlegungen übernehme ich unbesehen, weil das Prinzip davon nicht tangiert wird und vertraue darauf, daß die Rechnungen stimmen bzw. korrigierbar sind.
<
Für mich sind die realen Zahlen wichtig,um mich daran zu orientieren ob ich noch auf dem richtigen Weg bin.
Dabei ist mir aufgefallen, daß ich bereits selbst mit "falschen Zahlen" rechne. Die "richtigen" Werte sind 13 bar abs Kesseldruck und damit 192°C, womit sich wiederum die Werte in Behälter B zu fed-Code einblenden ergeben.

Wichtig !!!
Um Verwirrungen bei den Bezeichnungen zu vermeiden schlage ich folgendes vor:
V statt Behälter(volumen) mit indize A für den Ausgangspunkt(Kessel), a für das einströmende Dampfvolumen und B für den Behälter Rohrsystem + Zylindervolumen. Desweiteren die Inizes 1 bzw 2 für die Zeitpunkte vorher - nachher und 12 für den Zeitverlauf von Zustand 1 bis Zustand 2.

>
Wir stellen die Teilsysteme A und B nebeneinander, als seien sie untereinander mit einem verschiebbaren, masselosen, wärmeundurchlässigen Stempel (meinetwegen mit Ihren Ventilquerschnitt) verbunden, der sich Richtung Behälter zu verschieben beginnt. Das ist Ihre in den Kessel expandierende Sattdampfwolke, vorerst mit einer virtuellen wärmeisolierenden Membran umgeben, Heißt, wir wollen den Wärmeaustausch für die erste Prozeßführung als adiabatisch betrachten. Ein Sattdampfbolus, der in den Behälter fliegt.
Das Gesamtvolumen A+B bleibe konstant!
<
Ich versuche das mal bildlich darzustellen:



Teilsystem 1 ist die Ausgangssituation (das Sattdampfpaket a ist bereit zum Einströmen)
Teilsystem 2 Sattdampfpaket a ist expandiert und hat heißdampf komprimiert
Teilsystem 3 beide Dampfpakete haben unter gleichem Druck ihre Temperaturen angeglichen und
( eigentlich Teilsystem 4) kontraktion von a+B auf B hat stattgefunden
in meiner Vorstellung wäre das Sattdampfpaket a erst in fed-Code einblenden eingeströmt und hätte dann die expansion und die Temperaturangleichung ausgeführt. Wäre die Betrachtung falsch oder rechentechnisch nur ungeschickt?

>
a) Berechnung der adiabatischen Expansionsarbeit einer Sattdampfwolke?
<
in meinem Buch wird die als Volumenänderungsarbeit bezeichnet - richtig?
es gibt hierzu insgesamt 6 Formeln (je nach dem welche Zustandsvariablen verwendet werden)
also z.B.

fed-Code einblenden
fed-Code einblenden
fed-Code einblenden

egal welche ich hier verwenden möchte; immer fehlt eine Größe fed-Code einblenden die sich erst am Ende ergibt.
noch etwas ist mir aufgefallen:
kann es sein, daß ich die oben mehrfach berechnete Ausströmgeschwindigkeit nur brauche um das eingeströmte Volumen zu bestimmen, während ich für die Volumenänderungsarbeit dann allerdings die ursprünglichen Druck und Temperaturwerte ( fed-Code einblenden ) verwenden muß?

>
b) Berechnung der adiabatischen Kompressionsarbeit an einem Heißdampf?
<
die adiabatische Kompressionsarbeit unter scheidet sich von der Arbeit unter a) nur durch das Vorzeichen (Kompression statt Expansion) und dem Adiabatenexponent k=1,3 statt k=1,135

>
c) Was ergibt sich aus der Zwangsbedingung der Gesamt-Isochorie (V(A)+V(B)=const)?
<
schwierig;
vieleicht, daß sich die gesamte Expansionsarbeit sich in der Kompressionsarbeit wiederfindet?

>
behandeln wir einstweilen Wasserdampf als ideales Gas.
<
gerade bei Satt oder gar feuchtem Dampf ist hier der realgasfaktor (0,98 - 0,9 Druck und Temperaturabhängig) zu berüchsichtigen oder?

>
Überlegen Sie sich auch, was neben der Abkühlung passiert, wenn Sattdampf unter Druckabsenkung expandiert.
<
der Dampf wird deutlich feuchter  -> Auswirkung ?

>
Der Trick ist, daß wir irgendwann diesen letzten Schritt mit dem Speisewasserrücklauf aus der Kondensatkammer hinter dem Schieberkasten verrechnen, wenn die hier betrachtete Dampfkinematik des Arbeitszylinder-Vorraums steht und der Kreislauf sich schließt. Zwar waren Kondensloks nur in Namibia und ähnlichen Orten en vogue, aber dann können Sie auch mal sowas simulieren.
<
Damit keine Missverständnisse aufkommen; das reale Vorbild ist eine zweizylinder Heißdampflok der Baureihe 94.5, also eine Auspuffmschine.

>
Prima. Die gehen auch. Decken sie denn den (p,T)-Bereich Ihres Dampfmotors ab?
<
Dampfmaschine nicht Dampfmotor und ja der Bereich der Approximationen reicht bei Sattdampf bis 16 bar und 200°C ; bei Heißdampf bis 20bar und 400°C.

Gruß Gerd



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jacha2
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.11, eingetragen 2018-03-16


Salut,

so allmählich scheinen sich die ersten Schritten auf dem Weg zur Nachbildung der Abläufe in diesem Thermomechanischen Konverter abzuzeichnen.  
2018-03-12 14:06 - GerdS in Beitrag No. 10 schreibt: ...
>
...Zu den Zahlen, wenn das Konzept steht. Wir betrachten A als Menge des Kesseldampfes, die innerhalb des von Ihnen gewählten Zeitintervalls einströmt. Ihre Vorüberlegungen übernehme ich unbesehen, weil das Prinzip davon nicht tangiert wird und vertraue darauf, daß die Rechnungen stimmen bzw. korrigierbar sind.
<
Für mich sind die realen Zahlen wichtig,um mich daran zu orientieren ob ich noch auf dem richtigen Weg bin.
Dabei ist mir aufgefallen, daß ich bereits selbst mit "falschen Zahlen" rechne. Die "richtigen" Werte sind 13 bar abs Kesseldruck und damit 192°C, womit sich wiederum die Werte in Behälter B zu fed-Code einblenden ergeben.

Wichtig !!!
Um Verwirrungen bei den Bezeichnungen zu vermeiden schlage ich folgendes vor:
V statt Behälter(volumen) mit indize A für den Ausgangspunkt(Kessel), a für das einströmende Dampfvolumen und B für den Behälter Rohrsystem + Zylindervolumen. Desweiteren die Inizes 1 bzw 2 für die Zeitpunkte vorher - nachher und 12 für den Zeitverlauf von Zustand 1 bis Zustand 2.
Meine Anmerkung soll nicht die Bedeutsamkeit des Umstandes, daß richtige Zahlen und Ansätze richtige Ergebnisse erwarten lassen, in Abrede stellen, sondern lediglich auf den Fokus meiner Ausführungen hinweisen.
2018-03-12 14:06 - GerdS in Beitrag No. 10 schreibt: ...
>
Wir stellen die Teilsysteme A und B nebeneinander, als seien sie untereinander mit einem verschiebbaren, masselosen, wärmeundurchlässigen Stempel (meinetwegen mit Ihren Ventilquerschnitt) verbunden, der sich Richtung Behälter zu verschieben beginnt. Das ist Ihre in den Kessel expandierende Sattdampfwolke, vorerst mit einer virtuellen wärmeisolierenden Membran umgeben, Heißt, wir wollen den Wärmeaustausch für die erste Prozeßführung als adiabatisch betrachten. Ein Sattdampfbolus, der in den Behälter fliegt.
Das Gesamtvolumen A+B bleibe konstant!
<
Ich versuche das mal bildlich darzustellen:
....

Teilsystem 1 ist die Ausgangssituation (das Sattdampfpaket a ist bereit zum Einströmen)
Teilsystem 2 Sattdampfpaket a ist expandiert und hat heißdampf komprimiert
Teilsystem 3 beide Dampfpakete haben unter gleichem Druck ihre Temperaturen angeglichen und
( eigentlich Teilsystem 4) kontraktion von a+B auf B hat stattgefunden
in meiner Vorstellung wäre das Sattdampfpaket a erst in fed-Code einblenden eingeströmt und hätte dann die expansion und die Temperaturangleichung ausgeführt. Wäre die Betrachtung falsch oder rechentechnisch nur ungeschickt?
>
a) Berechnung der adiabatischen Expansionsarbeit einer Sattdampfwolke?
<
in meinem Buch wird die als Volumenänderungsarbeit bezeichnet - richtig?
es gibt hierzu insgesamt 6 Formeln (je nach dem welche Zustandsvariablen verwendet werden)
also z.B.

fed-Code einblenden
fed-Code einblenden
fed-Code einblenden

egal welche ich hier verwenden möchte; immer fehlt eine Größe fed-Code einblenden die sich erst am Ende ergibt.
noch etwas ist mir aufgefallen:
kann es sein, daß ich die oben mehrfach berechnete Ausströmgeschwindigkeit nur brauche um das eingeströmte Volumen zu bestimmen, während ich für die Volumenänderungsarbeit dann allerdings die ursprünglichen Druck und Temperaturwerte ( fed-Code einblenden ) verwenden muß?
Ja. Genauer: Für die Volumenänderungsarbeit -das Integral über -p(V)dV-  dessen Grenzen das Anfangs- und das (zunächst unbekannte) Endvolumen sind sowie die Anfangsdrücke der beiden Teilsysteme und ihr identischer Enddruck (nach dem isobaren Ausgleich).  Also: Die Summe der Anfangs- und der Endvolumina bleibt gleich. D.h., das Endvolumen von B ist durch sein Anfangs- und das Endvolumen von A bestimmt.
Und noch etwas: Der Betrag der Dilatationsarbeit des Sattdampfpaketes gleicht, wie Sie weiter unten selbst feststellen, dem der Kontraktionsarbeit, die am Heißdampf verrichtet wird. Damit können Sie, wenn auch zunächst nur als Gleichung, den Druck beider Teilsysteme ermitteln, denn da endet dieser Vorgang.

Es liegt als weitere Gleichung der isobare Autausch kalorischer Energie zwischen Satt- und Heißdampf vor. Dabei ändern sich zwar die Volumina der beiden Teilsysteme nochmals, aber
-die mechanische Arbeit beider hebt sich gegeneinander auf,
- und die kalorische ebenfalls. Damit erhalten wir die Bedingung für die Endtemperatur: Sobald beide nicht nur isobar, sondern auch isotherm, liegen ausreichend Bedingungsgleichungen vor, um das (p,T)-Paar zu bestimmen.
Danach muß nur noch eine adiabatische Kontraktion auf das ursprüngliche B-Volumen stattfinden, um den ersten Punkt auf der Druckverlaufskurve zu erhalten. Wie herum das Ganze rechnerisch geschickter aufgebaut wird (also erst Sattdampfpaket einschieben und dann expandieren oder andersherum) sollte keine Rolle spielen, um Ihre obige Frage zu kommentieren.
Dieses (p,T)-Paar ist aber der Zustand, mit dem das nächste Sattdampfpaket konfrontiert ist! Ich denke, das haben Sie zum Ausdruck gebracht.

Wir tun dabei so, als würde die Vereinigung der beiden Teilsysteme bereits nach ca 1/20 sec zu einer vollständigen "Thermalisierung" (Gleichverteilung von p und T) führen.
2018-03-12 14:06 - GerdS in Beitrag No. 10 schreibt:
>
b) Berechnung der adiabatischen Kompressionsarbeit an einem Heißdampf?
<
die adiabatische Kompressionsarbeit unter scheidet sich von der Arbeit unter a) nur durch das Vorzeichen (Kompression statt Expansion) und dem Adiabatenexponent k=1,3 statt k=1,135
Ja. Dieser betrifft den Integranden. Der Betrag des Integrals gleicht dem der Dilatationsarbeit!
2018-03-12 14:06 - GerdS in Beitrag No. 10 schreibt: ...
>
c) Was ergibt sich aus der Zwangsbedingung der Gesamt-Isochorie (V(A)+V(B)=const)?
<
schwierig;
vieleicht, daß sich die gesamte Expansionsarbeit sich in der Kompressionsarbeit wiederfindet?
Genau.
2018-03-12 14:06 - GerdS in Beitrag No. 10 schreibt: ...>
behandeln wir einstweilen Wasserdampf als ideales Gas.
<
gerade bei Satt oder gar feuchtem Dampf ist hier der realgasfaktor (0,98 - 0,9 Druck und Temperaturabhängig) zu berüchsichtigen oder?
Sehr gut. Wußte nicht daß Sie den Adiabatenexponenten haben. Deswegen schrieb ich "einstweilen". Klar. Der ist übrigens leider auch temperaturabhängig,aber wenn die Pakete nur klein genug sind, dürfte sich das durch die Angabe eines effektiven Exponenten lösen lassen...
2018-03-12 14:06 - GerdS in Beitrag No. 10 schreibt: ...>
>
Überlegen Sie sich auch, was neben der Abkühlung passiert, wenn Sattdampf unter Druckabsenkung expandiert.
<
der Dampf wird deutlich feuchter  -> Auswirkung ?
Richtig. Mindestens. Worauf ich hinauswill, ist, daß wir möglicherweise in den Bereich der Kondensation geraten. Dann wird die Berechnung des Zustands im Behälter aufwendiger und unsere Gleichungen müssen erweitert werden. Solange am Ende der Zusammenführung von A und B der Sättigungspunkt nicht unterschritten wird, ist das für die Ergebnisse bedeutungslos (wenn auch nicht für den Realbetrieb). Wenn aber irgendwann im Betrieb soviel Dampf abströmt, daß die thermische Energiedichte zu niedrig wird, stimmt das nicht mehr. Sie sollten sich hier eine Prüfroutine überlegen, in der das tabellierte Druck/Temperaturpaar einer Dampftafel mit dem berechneten Zustand verglichen wird.  
2018-03-12 14:06 - GerdS in Beitrag No. 10 schreibt: ...
>
Der Trick ist, daß wir irgendwann diesen letzten Schritt mit dem Speisewasserrücklauf aus der Kondensatkammer hinter dem Schieberkasten verrechnen, wenn die hier betrachtete Dampfkinematik des Arbeitszylinder-Vorraums steht und der Kreislauf sich schließt. Zwar waren Kondensloks nur in Namibia und ähnlichen Orten en vogue, aber dann können Sie auch mal sowas simulieren.
<
Damit keine Missverständnisse aufkommen; das reale Vorbild ist eine zweizylinder Heißdampflok der Baureihe 94.5, also eine Auspuffmschine.
Wir gehen von allgemeingültigen Gesetzen der Physik aus. Bei hinreichend modularem Aufbau Ihres Programms und seiner Datenstrukturen sparen Sie sich eine Menge Arbeit, falls eine etwaige Anforderung dieser Art in Form einer Erweiterung vorbedacht wurde.
2018-03-12 14:06 - GerdS in Beitrag No. 10 schreibt: ...
>
Prima. Die gehen auch. Decken sie denn den (p,T)-Bereich Ihres Dampfmotors ab?
<
Dampfmaschine nicht Dampfmotor und ja der Bereich der Approximationen reicht bei Sattdampf bis 16 bar und 200°C ; bei Heißdampf bis 20bar und 400°C....
Ausreichend. Überkritische Dämpfe finden sich wohl nur in den GUD-Turbinen.
Adieu



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holsteiner
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Mitteilungen: 519
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Moin,
es gibt noch einige  Dampfmaschinen, die restauriert wurden und einwandfrei funktionieren.


In diesem  Museum gibt es eine Menge Hintergrundwissen über die Funktionsweise  von Dampfmaschinen

Maschinenmusuem Kiel

Weitere im Betrieb befindliche Dampfmaschinen sind auf dem Eisbrechern Stettin und auf der Alexandra zu besichtigen.

Dampfer Alexandra Flensburg

Eisbrecher Stettin Hamburg

Auch dort gibt es Hintergrundwissen in den Vereinen.

Es gibt sicher noch viele andere Museen und Vereine, aber die habe ich selbst noch nicht gesehen.

weitere

Aus internationalem Blickwinkel gibt es hier noch ein interessantes Eisenbahnmuseum, ebenfalls mit funktionierenden Dampfmaschinen.

National Railway Museum York

An diesen Stellen gibt es wie gesagt auch immer das passende Fachwissen.

Viele Grüße

holsteiner



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GerdS
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.13, vom Themenstarter, eingetragen 2018-03-16


hallo jacha2

2018-03-12 14:06 - GerdS in Beitrag No. 10 schreibt: ...>
behandeln wir einstweilen Wasserdampf als ideales Gas.
<
gerade bei Satt oder gar feuchtem Dampf ist hier der realgasfaktor (0,98 - 0,9 Druck und Temperaturabhängig) zu berüchsichtigen oder?
Sehr gut. Wußte nicht daß Sie den Adiabatenexponenten haben. Deswegen schrieb ich "einstweilen". Klar. Der ist übrigens leider auch temperaturabhängig,aber wenn die Pakete nur klein genug sind, dürfte sich das durch die Angabe eines effektiven Exponenten lösen lassen...
<
der Adiabatenexponent ist doch was anderes als der Realgasfaktor, oder?

vom Realgasfaktor habe ich übrigens nur ein mehr oder weniger genaues Diagramm, aber leider keinerlei Berechnungsformeln.

Den Rest deiner Antwort muß ich erst mal zu Hause durchdenken
bis den
Gruß Gerd



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jacha2
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.14, eingetragen 2018-03-16


Salut,

das ...
2018-03-16 10:59 - GerdS in Beitrag No. 13 schreibt: ...der Adiabatenexponent ist doch was anderes als der Realgasfaktor, oder?

vom Realgasfaktor habe ich übrigens nur ein mehr oder weniger genaues Diagramm, aber leider keinerlei Berechnungsformeln.
... stimmt auch. Da habe ich gedanklich einen Schritt übersprungen frown
Es läuft beidesmal darauf hinaus, daß man eine gegenüber dem Ideale-Gas-Arbeitsgleichungsintegranden modifizierte Form für die expandierende Sattdampfwolke verwendet. Das sollte anhand der numerischen Ergebnisse diskutiert werden.

Im Moment kann ich nur vorschlagen, sich das Thema "Maxwell-Geraden in der Van-der-Waals-Gleichung" anzuschauen. Wenn ich mich richtig erinnere, gab es 2017 einen Post auf dem MP dazu. Fachliteratur oder die im Vorpost (Danke, Holsteiner! Meiner Erinnerung nach läuft oder lief im Mannheimer Technikmuseum eine Industriedampflok auf einer Art Prüfstand mit elektrisch(?) erzeugtem Dampf) genannten Links böten einen Einstieg.

Dessenungeachtet wäre nach der Devise "besser ungenau als garnicht" z B eine function oder eine subroutine mit entsprechendem κ zur vorläufig genäherten Berechnung der Volumenarbeit anzusetzen.  

Adieu



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GerdS
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.15, vom Themenstarter, eingetragen 2018-03-17


Hallo jacha2,
2018-03-16 06:27 - jacha2 in Beitrag No. 11 schreibt:
...Ja. Genauer: Für die Volumenänderungsarbeit -das Integral über -p(V)dV-  dessen Grenzen das Anfangs- und das (zunächst unbekannte) Endvolumen sind sowie die Anfangsdrücke der beiden Teilsysteme und ihr identischer Enddruck (nach dem isobaren Ausgleich).  
Also: Die Summe der Anfangs- und der Endvolumina bleibt gleich. D.h., das Endvolumen von B ist durch sein Anfangs- und das Endvolumen von A bestimmt.
Und noch etwas: Der Betrag der Dilatationsarbeit des Sattdampfpaketes gleicht, wie Sie weiter unten selbst feststellen, dem der Kontraktionsarbeit, die am Heißdampf verrichtet wird. Damit können Sie, wenn auch zunächst nur als Gleichung, den Druck beider Teilsysteme ermitteln, denn da endet dieser Vorgang.

es klapt nicht das ganze in eine Formel umzusetzen mit der ich dann rechnen kann.
ich versuche mal wenigstens etwas hinzubekommen:
fed-Code einblenden


Es liegt als weitere Gleichung der isobare Autausch kalorischer Energie zwischen Satt- und Heißdampf vor. Dabei ändern sich zwar die Volumina der beiden Teilsysteme nochmals, aber
-die mechanische Arbeit beider hebt sich gegeneinander auf,
- und die kalorische ebenfalls. Damit erhalten wir die Bedingung für die Endtemperatur: Sobald beide nicht nur isobar, sondern auch isotherm, liegen ausreichend Bedingungsgleichungen vor, um das (p,T)-Paar zu bestimmen.
isobarer Austausch der kalorischen Energie -> ich blättere wie wild in meinen Büchern und finde nichts das sich so nennt. Können sie mir da auf die Sprünge helfen?

Berechnung der Temperatur T_a2 = T_B2 = ???

Danach muß nur noch eine adiabatische Kontraktion auf das ursprüngliche B-Volumen stattfinden, um den ersten Punkt auf der Druckverlaufskurve zu erhalten. Wie herum das Ganze rechnerisch geschickter aufgebaut wird (also erst Sattdampfpaket einschieben und dann expandieren oder andersherum) sollte keine Rolle spielen, um Ihre obige Frage zu kommentieren.
Dieses (p,T)-Paar ist aber der Zustand, mit dem das nächste Sattdampfpaket konfrontiert ist!

adiabatische Kontraktion:
fed-Code einblenden
fed-Code einblenden
fed-Code einblenden
fed-Code einblenden
Richtig ?

 Irgendwie krieg ich das alles noch nicht so ganz zusammen
bis bald
Gerd



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GerdS
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noch mal hallo,
2018-03-16 19:23 - jacha2 in Beitrag No. 14 schreibt:
Es läuft beidesmal darauf hinaus, daß man eine gegenüber dem Ideale-Gas-Arbeitsgleichungsintegranden modifizierte Form für die expandierende Sattdampfwolke verwendet.
also k fed-Code einblenden
ich dachte immer das wären konstanten
lediglich der Realgasfaktor ist von Druck und Temperatur abhängig
Falsch oder wie?

Im Moment kann ich nur vorschlagen, sich das Thema "Maxwell-Geraden in der Van-der-Waals-Gleichung" anzuschauen.
ich versteh da gar nix


Dessenungeachtet wäre nach der Devise "besser ungenau als garnicht" z B eine function oder eine subroutine mit entsprechendem κ zur vorläufig genäherten Berechnung der Volumenarbeit anzusetzen.  
können vor lachen
also ohne ihre hilfe geht da gar nix.
Wird das jetzt nicht zu kompliziert?
Ich habe gerade das gefühl wir entfernen uns von einer möglichen Berechnung von Druck und Temperatur -verlauf.
gruß Gerd



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jacha2
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.17, eingetragen 2018-03-18


Salut,
 
bei meiner Betrachtung Ihrer sich nun auftürmenden Fragen ist mir inzwischen aufgefallen,
daß Sie ab Beitrag 10
-nicht in thermodynamischen Systemen, sondern in geometrisch verorteten Volumina, Baugruppen oder -teilen dachten und rechneten,
-den Begriff Teilsystem für eine Prozeßabfolge gebrauchten und
-einen der Zustände der beiden Teilsysteme (ein Teilsystem 3 habe ich zunächst gar nicht weiter beschrieben)
nicht in Ihre Skizzen aufgenommen und danach wohl auch nicht weiter zwischen Zustand 2 der beiden Teilsysteme und dem Zustand 3 der sodann zusammengeführten und in einem 4. Prozeß kontrahierten Teilsysteme unterschieden.
 
Die beiden Teilsysteme (in dem von mir beabsichtigten Sinne: Ein Heiß- und ein Sattdampfpaket und, weil zunächst als thermisch isoliert und strömungsfrei angenommen, damit es für Sie auch programmierbar bleibt, ohne seine Umhüllung aus vermutlich realiter leicht korrodiertem Kesselblech) lassen sich auch während und nach ihrer wechselseitigen Dilatation bzw. Kontraktion durch ihre jeweiligen Zustandsgleichungen beschreiben, solange unser gedachtes (!!!) Diaphragma sie voneinander trennt. Deswegen, ...
2018-03-17 15:35 - GerdS in Beitrag No. 15 schreibt: ...es klapt nicht das ganze in eine Formel umzusetzen mit der ich dann rechnen kann.
ich versuche mal wenigstens etwas hinzubekommen:
fed-Code einblenden
...rege ich an, zu überlegen, ob nicht bereits an dieser Stelle für die nebeneinanderliegenden Teilsysteme aus Satt- und Heißdampf die passende der POISSON-Gleichungen zu adiabaten Prozessen verwendbar sein sollte, die Sie selbst in #15 weiter unten erwähnen, um ...
2018-03-17 15:35 - GerdS in Beitrag No. 15 schreibt:
... Berechnung des Druckes fed-Code einblenden
fed-Code einblenden
...die Menge Ihrer ? zu reduzieren.
2018-03-17 15:35 - GerdS in Beitrag No. 15 schreibt: ...
isobarer Austausch der kalorischen Energie -> ich blättere wie wild in meinen Büchern und finde nichts das sich so nennt. Können sie mir da auf die Sprünge helfen?
Es gäbe außerhalb Ihrer Literatur mehrere Fundstellen. Im deutschsprachigen Raum findet sich beispielsweise eine Webseite, die jedenfalls mir am Sonntag, dem 18. März 2018 um 16h50 insgesamt 241 Lexikoneinträge zu "Kalorische Energie" meldete, von denen Ihnen in etwas objektiverer Weise, als ich das hier vermag, einer hoffentlich weiterhelfen möge.
2018-03-17 15:35 - GerdS in Beitrag No. 15 schreibt:
Berechnung der Temperatur fed-Code einblenden
fed-Code einblenden
Warum das denn? Das adiabatische Diaphragma schirmt die beiden Teilsysteme (allerdings wieder in dem von mir beabsichtigten Sinne) zunächst voreinander ab. Am Ende der jeweiligen adiabatischen Volumenänderung haben sie genau die Temperatur, die sich aus einer weiteren der POISSON-Gleichungen, die Sie selbst weiter unten in #15 aufführen, ergebenden Lösungen einstellt. Wie gesagt, die beiden Teilsysteme, die sich jeweils durch 2 Prozesse in 3 aufeinanderfolgenden Zuständen befinden (um sodann, bei Isobarie UND Isothermie zu einem vierten Zustand zusammengeführt zu werden, auch wenn in der Praxis die Durchmischung nicht so rasch stattfinden dürfte).
2018-03-17 15:35 - GerdS in Beitrag No. 15 schreibt: ...
Danach muß nur noch eine adiabatische Kontraktion auf das ursprüngliche B-Volumen stattfinden, um den ersten Punkt auf der Druckverlaufskurve zu erhalten. Wie herum das Ganze rechnerisch geschickter aufgebaut wird (also erst Sattdampfpaket einschieben und dann expandieren oder andersherum) sollte keine Rolle spielen, um Ihre obige Frage zu kommentieren.
Dieses (p,T)-Paar ist aber der Zustand, mit dem das nächste Sattdampfpaket konfrontiert ist!

adiabatische Kontraktion:
fed-Code einblenden
fed-Code einblenden
fed-Code einblenden
fed-Code einblenden
Richtig ?

Irgendwie krieg ich das alles noch nicht so ganz zusammen ...
Im Grunde genommen schon: Das Definieren abstrakt anmutender Systeme und Prozesse (auch die müsse keinem Zeitablauf folgen, nebenbei) das hier in der Manier klassischer Thermodynamik vorgeschlagen wird, muß als Ersatz des Studiums dieser Disziplin herhalten, die wegläßt, was zur Berechnung unnötig ist (bzw. lediglich Unklarheiten und Umwege verursacht). Sie, Gerd, gehen strukturiert vor und definieren Größen und Variablenbezeichner selber, so daß die Antwortenden diese nicht auch noch vorkauen müssen, so daß ich in Ihre Nomenklatur und Bezeichnungsweise nicht eingreifen möchte, sondern mir nur Annotationen erlaube. Kurz: Ich möchte Ihnen die Überprüfung Ihrer Betrachtungen zunächst im Lichte meiner obigen Verdeutlichungen überlassen, die POISSON-Gleichungen, auf die ich mich oben bezog, haben Sie ja aufgeführt, allerdings in Ihrer Nomenklatur eingesetzt.
2018-03-17 15:35 - GerdS in Beitrag No. 15 schreibt: ...also
fed-Code einblenden
ich dachte immer das wären konstanten
lediglich der Realgasfaktor ist von Druck und Temperatur abhängig
Falsch oder wie?
Der Adiabatenexponent ist definiert als Quotient isobarer mit isochorer spez. Wärme.Warum berechnen Sie aus Ihren Dampftafelwerten diese Größe nicht einmal selber händisch für verschiedene (p,T)-Paare (Ihrem Programm müssen Sie diese Tabellenwerte ohnedies über kurz oder lang zugänglich machen) und bilden sich selbst ein Urteil? ...

2018-03-17 15:35 - GerdS in Beitrag No. 15 schreibt: ...
Im Moment kann ich nur vorschlagen, sich das Thema "Maxwell-Geraden in der Van-der-Waals-Gleichung" anzuschauen.
ich versteh da gar nix
Im Zusammenhang mit Sattdampf als einem Realgas wird dieses Thema aufkommen, wenn Sie sich auch mit der Programmierung des Abdampfes beschäftigen werden oder eine Prüfroutine bilden, die die Kondensatbildung (womöglich, vielleicht, eventuell) bei der Simulation bestimmter Betriebszustände überwachen sollte. Wahrscheinlich habe ich wieder mal zu weit extrapoliert. Sollten Sie, sowbald Sie selber an den Punkt kommen, immer noch Bedarf zur Erörterung verspüren, kommen wir darauf zurück.

2018-03-17 16:05 - GerdS in Beitrag No. 16 schreibt: ...
Ich habe gerade das gefühl wir entfernen uns von einer möglichen Berechnung von Druck und Temperatur -verlauf.
-Aus meiner bescheidenen Zuschauerperspektive haben wir gerade mal das Absperrgitter um die Baustelle errichtet, ein mentales Trassierband gelegt und Sie haben die Werkzeuge (Gleichungen) und Baumaschinen (Skizzen) aufgestellt. Kann man sich von etwas Nichtexistentem entfernen? Den Bauplan "Dampfmaschinensimulation" haben Sie aufgestellt. Sie wollen ihn doch nicht mir in die Hand drücken?Also können Sie die Gleichungen genausogut bereits in Funktionen packen, z.B. function gaspressure (volume, molnumber, temperature) usw. um es mal FORTRAN-artig zu formulieren. Und die erforderlichen CONST definieren. Jedenfalls dann, wenn Ihnen ein sequentielles Programm vorschwebt und nicht die Anwendung irgendeines Pakets, dessen Setting ein xml-Skript vornimmt.
-Besser etwas vorher bedenken und ein mentales ! setzen, wenn auch nicht sogleich lösen, als in irgendetwas hineinwursteln und hinterher konstatieren: Warum hat niemand...? smile
 
Adieu



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GerdS
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.18, vom Themenstarter, eingetragen 2018-03-19


hallo jacha2,

ich bin wieder an einem Punkt angekommen an dem ich nicht mehr weiter weiß.
ich kann völlig problemlos zustände und prozeße durcheinanderschmeißen, ohne meinen Fehler auch nur ansatzweiße zu bemerken. ich habe die Thermodynamik nie gelernt und deshalb hatte ich gehofft hier im forum hilfe zu finden. Da mich ihre (zumindest) gut gemeinten Hilfestellungen aber eher verwirren als daß sie mir weiterhelfen, frage ich mich nun ob wir das ganze nicht besser bleiben lassen. Auch sind sie der Einzige geblieben der überhaupt versucht hat mir zu helfen (Danke dafür). Noch nicht einmal ein Buchtipp über Berechnungen zu Wasserdampfströmungen ist bis jetzt dabei herausgesprungen. Das ist schon enttäuschend.
Tja jetzt versuche ich mir ein neueres Buch zur Thermodynamik in der Uni Ulm
besorgen zu lassen, aber das kann ein weilchen dauern.
Ihren letzten Beitrag werde ich Zuhause noch mal durchgehen
Gruß Gerd



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jacha2
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.19, eingetragen 2018-03-20


Salut,

das ist eine nette Formule eines
2018-03-19 15:31 - GerdS in Beitrag No. 18 schreibt:
...Da mich ihre (zumindest) gut gemeinten Hilfestellungen ...
mangelhaft der alten deutschen Notenskala.
2018-03-19 15:31 - GerdS in Beitrag No. 18 schreibt: ...aber eher verwirren ...
Noch nicht einmal ein Buchtipp über Berechnungen zu Wasserdampfströmungen ist bis jetzt dabei herausgesprungen. Das ist schon enttäuschend.
Fluidströmungen sind eher ein ingenieurs- als ein physikalisches Thema (dessen Einstieg wohl im Rahmen der Technischen Thermodynamik gelehrt wird) , wenn nicht grade, sagen wir, bildgebende Puls-NMR mit vorkommt.Trotzdem habe ich die prinzipielle Methodik (pDGL-Solver) in meinem Eingangspost genannt, worauf Sie die Zielsetzung abänderten.
2018-03-19 15:31 - GerdS in Beitrag No. 18 schreibt:
Tja jetzt versuche ich mir ein neueres Buch zur Thermodynamik in der Uni Ulm
besorgen zu lassen, ...
. Anliegend unsere 5 subsequenten Zustände von erst zwei, dann ab Zustand 4 zu einem System zusammengeführten Teilsystemen. Zwischen 3 und 4 ändert sich nichts bis auf die Entfernung des (gedanklichen) Diaphragmas.

Damit ist Ihr Behältersystem in dem Zustand, in dem es nach ca. 1/19 sec gemäß Ihrem Eingangspost sein sollte, und zwar so, daß alle Zustandsvariablen (n,p,T,V) definierte Werte haben, die sie durch wohldefinierte Prozesse aus den beiden Eingangssystemen einnehmen, z.b. n4=n3a+n3b

Adieu




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