Simulation des dynamischen Betriebsverhaltens von solarbeheizten Drehrohrreaktoren zum Aluminiumschmelzen
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
2004
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| Ausgabe: | Als Ms. gedr. |
| Schriftenreihe: | Fortschritt-Berichte VDI
Reihe 6, Energietechnik, Wärmetechnik ; 511 |
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ORESTIS ALEXOPOULOS, BONN NR. 511 SIMULATION DES DYNAMISCHEN BETRIEBS-
VERHALTENS VON SOLARBEHEIZTEN DREH- ROHRREAKTOREN ZUM ALUMINIUMSCHMELZEN
VDI VERLAG TNHAIT V INHALT
VORWORT.................................................................................................................................
IN INHALT V SYMBOLVERZEICHNIS VIII ZUSAMMENFASSUNG
......................................................................................XIV
1 EINLEITUNG 1 * . »*****IHM ***MI» M- 1.1 ZIELSETZUNG DER ARBEIT UND
METHODIK 4 1.2 LITERATURUEBERSICHT UND STAND DES WISSENS 8 1.2.1 PROZESSE
ZUM UMSCHMELZEN VON ALUMINIUM 8 1.2.1.1 DREHTROMMELOEFEN 10 1.2.1.2
KIPPTROMMELOEFEN 12 1.2.1.3 MEHRKAMMER-, LICHTBOGEN- UND INDUKTIONSOEFEN
13 1.2.2 MODELLIERUNG VON DREHROHR-ANLAGEN 15 2 KONZEPT ZUM SOLAREN
ALUMINIUMRECYCLING 20 2.1 VERFAHRENSBESCHREIBUNG 20 2.2 OEKOLOGISCHE
VORTEILE DES ALUMINIUMRECYCLINGS 23 3 MATHEMATISCHES MODELL EINES
DREHROHRREAKTORS. 28 3.1 MODELLBESCHREIBUNG 28 3.1.1 MODELLAUIBAU .28
3.1.2 GEOMETRIE DES DREHROHRS 29 3.1.3 BEWEGUNG DER SCHUETTUNG 32 3.1.4
BESONDERHEITEN EINES GASBEHEIZTEN DREHROHRREAKTORS 34 3.2 BILANZIERUNG
DER ANLAGE 36 3.2.1 STOFF-UND WAERMESTROEME 36 3.2.2 WAERMEZUFUHR DURCH
KONZENTRIERTE SOLARSTRAHLUNG 40 3.2.3 DIFFERENTIELLE
ERHALTUNGSGLEICHUNGEN 42 3.2.3.1 MODELLGLEICHUNGEN FUER DIE ZYLINDRISCHE
WAND 42 3.2.3.2 MODELLGLEICHUNGEN FUER DIE DECKEL 43 3.2.3.3
MODELLGLEICHUNGEN FUER DAS SALZ 43 3.2.3.4 MODELLGLEICHUNGEN FUER DAS
ALUMINIUM 45 3.2.3.5 MODELLGLEICHUNGEN FUER DAS GAS 46 3.2.4 BESTIMMUNG
DES NUTZUNGSGRADS 47 3.3 AUFBAU DES SIMULATIONSMODELLS 48 3.3.1
EIGENSCHAFTEN OBJEKTORIENTIERTER PROGRAMMIERSPRACHEN 48 3.3.2
SIMULATIONSWERKZEUG 49 3.3.3 MODELLSTRUKTUR 50 3.3.4 SIMULATIONSABLAUF.
52 4 VALIDIERUNG DES DREHROHRMODELLS 55 4.1 BESCHREIBUNG DER
UNTERSUCHTEN DREHROHRREAKTOREN 55 4.1.1 SOLARBEHEIZTE LABOR-ANLAGE 55
4.1.2 GASBEHEIZTE ANLAGE 56 4.1.3 VERSUCHSDURCHFIIHRUNG 56 YJ MALT
4.1.3.1 VERSUCHE IN DER LABOR-ANLAGE 56 4.1.3.2 VERSUCHE IN DER
GASBEFEUERTEN GROSSANLAGE 64 4.1.4 MESSDATENERFASSUNG 66 4.2 VERGLEICH
VON MESSUNGEN MIT SIMULATIONSERGEBNISSEN 67 4.2.1 TEMPERATURPROFIL 67
4.2.1.1 LABOR-ANLAGE 67 4.2.1.2 GASBEFEUERTE GROSSANLAGE 70 4.2.2
ENERGIEBILANZ 74 5 SIMULATIONSERGEBNISSE FUER EINE SOLARBEHEIZTE
GROSSANLAGE .. . ...... 78 5.1 BESCHREIBUNG DER ANLAGE 78 5.2
SIMULATIONSERGEBNISSE 78 5.2.1 EINGABEDATENSATZ 78 5.2.2 BERECHNETE
TEMPERATURPROFILE 81 5.2.3 ENERGIEBILANZ UND NUTZUNGSGRAD 83 5.3
PARAMETERSTUDIE ZUM EINFLUSS VERSCHIEDENER BETRIEBSVARIABLEN 86 5.3.1
FUELLUNGSGRAD 88 5.3.2 ROTATIONSGESCHWINDIGKEIT 90 5.3.3 GASMASSENSTROM
91 5.3.4 WANDEIGENSCHAFTEN 92 5.3.5 REAKTORGROESSE UND LAENGENVERHAELTNIS 94
5.3.6 MODELLPARAMETER 97 6 TECHNISCH-WIRTSCHAFTLICHE BEWERTUNG EINES
SOLARBEHEIZTEN DREHTROMMELOFENS ZUM SCHMELZEN VON ALUMINIUM 101 6.1
EINSATZMOEGLICHKEITEN 101 6.2 TECHNISCHES RISIKO 102 6.3
WIRTSCHAFTLICHKEITSBETRACHTUNG 103 6.3.1 KOSTENERMITTLUNG 103 6.3.2
DYNAMISCHE WIRTSCHAFTLICHKEITSRECHNUNG 106 7 DISKUSSION UND
AUSBLICK..............................................................................................
111 ANHANG AI GRUNDLAGEN DER STRAHLUNGSMODELLIERUNG...... .
....................*. 114 A2 WAERMEUEBERGANG IM DREHROHRREAKTOR
.......................................................................
122 A2.1 WAERMEUEBERGANG DURCH KONVEKTION 122 A2.2 WAERMEUEBERGANG DURCH
STRAHLUNG 125 A2.2.1 BERECHNUNG DES STRAHLUNGSAUSTAUSCHS FUER SOLAR ODER
MIT GAS BEHEIZTE DREHROHRREAKTOREN 125 A2.2.2 BERECHNUNG DES
STRAHLUNGSAUSTAUSCHS FUER FOSSIL BEHEIZTE DREHROHRREAKTOREN 128 A2.3
WAERMEUEBERGANG DURCH LEITUNG 131 A2.3.1 MODELLGLEICHUNGEN FUER DIE
UNBENETZTE WAND 131 A2.3.1.1 INNERES ELEMENT 131 A2.3.1.2 RANDELEMENT
AUF DER BEHEIZTEN INNENSEITE 132 A2.3.1.3 RANDELEMENT AN DER AUSSENSEITE
132 A2.3.1.4 ELEMENT AN DER BERUEHRUNGSFLAECHE ZWEIER MATERIALSCHICHTEN
132 INHALT VH A2.3.2 MODELLGLEICHUNGEN FUER DIE BENETZTE WAND 133
A2.3.2.1 INNERES ELEMENT 133 A2.3.2.2 RANDELEMENT AN DER BEHEIZTEN
INNENSEITE 133 A2.3.2.3 RANDELEMENT AN DER AUSSENSEITE 133 A2.3.2.4
ZWISCHEN ZWEI MATERIALSCHICHTEN 133 A2.3.3 MODELLGLEICHUNGEN FUER DEN
VORDEREN DECKEL 134 A2.3.3.1 INNERES ELEMENT 134 A2.3.3.2 RANDELEMENT AN
DER BEHEIZTEN INNENSEITE 134 A2.3.3.3 RANDELEMENT AN DER AUSSENSEITE 134
A2.3.3.4 ZWISCHEN ZWEI SCHICHTEN 135 A2.3.4 MODELLGLEICHUNGEN FUER DEN
HINTEREN DECKEL 135 A2.4 REFERENZEN ZUR KONVEKTIVEN WAERMEUEBERTRAGUNG 136
A3 BERECHNUNG DER BENOETIGTEN STOFFDATEN . .. . .. 138 A3.1 ALUMINIUM 138
A3.2 SCHMELZSALZ 138 A3.3 GAS 138 A4 ELEMENTE AUS DER VERWENDETEN
PROGRAMMIERSPRACHE 139 A5 TECHNISCHE DATEN UND SIMULATIONSERGEBNISSE DER
LABOR-ANLAGE .. .... 145 A6 EINGABEDATEN FUER DIE SIMULATION VON
GASBEHEIZTEN GROSSANLAGEN 151 A7 EINGABEDATEN FUER DIE SIMULATION DER
SOLARBEHEIZTEN GROSSANLAGE.... 153 A8 DATEN ZUR WIRTSCHAFTLICHEN
UNTERSUCHUNG ..... ... ....... .... ... 155 LITERATUR
LITERATURVERZEICHNIS......*.....................................................................................»...........
157
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