Aineominaisuuksien mallinnustarkkuuden vaikutukset lämmönsiirtimien lämpöteknisessä simuloinnissa

Abstract

Työssä on käsitelty fluidien aineominaisuuksien vaikutuksia paperikoneiden kuivatusosissa käytettävien lämmönsiirtimien lämpöteknisessä simuloinnissa. Pääkohteena selvitettiin kostean ilman ja veden fysikaalisien aineominaisuuksien mallinnustarkkuuden vaikutuksia lämpövirtaan lauhduttamattomissa ja lauhduttavissa tapauksissa. Asiaa tutkittiin tekemällä herkkyysanalyysi työssä kehitetyille termodynaamisille malleille. Perinteisen herkkyysanalyysin lisäksi herkkyyksiä tutkittiin myös Bayesiläisellä tilastoanalyysillä.

Työssä käsiteltiin myös aineominaisuuksien käyttäytymistä ja mallintamista lämmönsiirtimissä. Kirjallisuudesta etsittiin aineominaisuusmallit, joilla kostean ilman ja veden fysikaalisia aineominaisuuksia voidaan kuvata riittävän tarkasti.

Työssä havaittiin, että yksittäisistä aineominaisuuksista selkeästi suurimmat vaikutukset on ominaisentalpioiden mallinnuksen epätarkkuuksilla. Myös kaikkien aineominaisuuksien epätarkkuuksilla havaittiin olevan huomattavan suuret yhteisvaikutukset lämpövirran laskentatarkkuuteen. Viiden prosentin epätarkkuus kaikkien aineominaisuuksien mallinnuksessa johtaa 3 - 7 %:n epätarkkuuteen lämpövirran laskennassa. Näin ollen kaikkien aineominaisuuksien mallintamiseen tulee kiinnittää huomiota.

In this thesis, effects of fluids material properties on the thermal simulation of heat exchangers used in papermachine dryer sections are discussed. As a main target effects of accuracy of material property modeling on heat flow were studied in cases of noncondensing and condesing heat exchangers. Fluids used in the research were humid air and water. The issue were investigated by doing a sensitivity analysis on the termodynamic models developed in the study. In addition to sensitivity analysis subject were studied with Bayesian statistical analysis.

Behavior and modeling of material properties in heat exchangers were also discussed in the thesis. Accurate models for the Fluids physical material properties were searched from literature.

It was discovered that modeling accuracy of specific enthalpies has the biggest effects on the accuracy of heat flow calculations. Also combined effects of all the material properties were found to be considerable. Five percent inaccuracy in modeling of all the material properties corresponds to 3 - 7 % inaccuracy in heat flow. Therefore one should pay attention to modeling of all material properties.