View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

6 Dynamische Simulation des Gesamtsystems
Als dritte Variante für das Aufheizen ist eine Kombination aus elektrischer Beheizung und Verbrennungswärme
denkbar. Dabei wird der Nachbrenner zunächst elektrisch auf eine Temperatur
oberhalb der Zündgrenze des eingesetzten Brenngases gebracht. Anschließend kann die
elektrische Beheizung abgeschaltet und Brenngas zugegeben werden, welches sich dann
spontan entzündet. Erneut heizen die heißen Verbrennungsgase die restlichen Komponenten
auf.
Vor allem bei der elektrischen Beheizung ist der Ort der Wärmezufuhr weitgehend frei wählbar,
was zusätzlich einen Einfluss auf das Aufheizverhalten des Systems hat.
Einflussgrößen auf das Aufheizverhalten:
Wännequelle
Ort der Wännezufuhr
Wänneverteilung
Randbedingungen
• Verbrennungswärme
• Elektrische Energie
• Kombination aus bei den
• Einzelkomponente
• mehrere Komponenten
• Konvektion
• Wärmeleitung
• (Wärmestrahlung)
• zulässige Betriebsbereiche, eingeschränkt insbesondere
durch Materialeigenschaften
Bild 6.2: Einflussgrößen auf das Aufheizverhalten des Systems.
Grundsätzlich kann die ins System eingebrachte Wärme konvektiv, über Wärmeleitung oder
Wärmestrahlung verteilt werden. Das im System vorherrschende Temperaturniveau liegt in
sämtlichen Betriebsphasen meist deutlich unter 1000 oe, so dass Wärmestrahlungseffekte zwischen
unterschiedlichen Anlagenkomponenten vernachlässigt werden können.
Wärmeleitung kann insbesondere in thermisch hoch integrierten Systemen bei der Wärmeverteilung
eine wichtige Rolle spielen. Sie wird in der vorliegenden Simulation jedoch nicht berücksichtigt,
da sich dadurch eine zusätzliche mathematische Kopplung der einzelnen Komponentenmodelle
ergeben würde, die die numerische Lösung deutlich erschweren und damit die zu
erwartenden Rechenzeiten drastisch erhöhen würde.
Stattdessen wird in den nachfolgenden Aufheizsimulationen Wärme über eine erzwungene
Konvektionsströmung zwischen beheizten und unbeheizten Komponenten verteilt. Wärmeverluste
über die Komponentenoberflächen durch freie Konvektion werden auch während des Aufheizvorganges
berücksichtigt.
Bei den Aufheizvorgängen müssen Randbedingungen eingehalten werden, die hauptsächlich
durch die Materialeigenschaften der verwendeten Werkstoffe vorgegeben sind. Die wichtigste
Einschränkung diesbezüglich stellt die maximal zulässige Temperatur innerhalb des Nachbrenners
von 950 oe dar.
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