Projekt azonosító: GVOP /3.0

Átírás

1 Proekt azonosító: GVOP /.0 Ú inormációs és kommunikációs technolóia reionális hasznosítása: Városi vízőzhálózat számítóépes elüyeleti, szakértői és döntéstámoató rendszerének kidolozása az eneriaelosztás optimalizálása, az eneretikai veszteséek csökkentése célából 1. munkaszakasz ( ) A kedvezményezett szervezet neve: Pécsi Tudományeyetem Proektvezető: Dr. Szakonyi Laos

2 1 Koordinátor szervezet neve: Pécsi Tudományeyetem Proekt azonosítószáma: GVOP /.0 MELLÉKLET a PEJ 1 és PEJ -höz Részletes szakmai beszámoló 1. munkaszakasz Proektünk induló szakaszában a vízőzhálózat identiikálásához szüksées a priori ismereteket kellett rendeznünk az eneriaelosztásban érdekelt partnerek iényeinek és lehetőséeinek elmérésével. Az 1. munkaszakasz beeeztével kell, hoy rendelkezésre állanak a műszaki és módszertani eltételek az eneriavesztesé eltáró vizsálatokhoz, konkretizálnunk kell a proekt további menetét, a mérési és modellezési módszereket, technikákat. ad 1.1., 1. A PÉTÁV Gőzszoláltató Kt. által működtetett, az eneria-elhasználók telephelyén kialakított mérőhelyek számbavétele, ellenőrzése. A szoláltatónál rendelkezésre álló oyasztónkénti reisztrált vízőzelhasználások, ill. a Hőerőműből kiadott vízőzmennyiséek összevetése A melévő üzemi ellenőrző rendszer (őzoyasztás mérőhelyek az eyes oyasztók telephelyén kialakított hőközpontokban, a őzszoláltató telephelyén működő diszpécserközpont) mekezdtük ey kiraadott éléves időszak (téli és tavaszi) mérési eredményeinek kiértékelésével (lásd. melléklet). Az eyes őzoyasztás mérőhelyek őbb ellemzőit, a mérőhelyek kialakítását az sz. adatlapok tartalmazzák (lásd. melléklet). Eyértelműen meállapítható, hoy a kiépített csőhálózat a elenlei oyasztói iényeket óval mehaladó őzeneria elosztására alkalmas. Jelenle valamennyi vizsált oyasztóhelyen a szűkítőelemes áramlásmérőhelyhez csatlakoztatott nyomáskülönbsé távadók eleinek nyomás-, illetve hőmérsékletkorrekcióa túlhevített vízőz állapotellemzőit alapul véve valósul me. A őzoyasztások korábbi évekhez viszonyított elentős visszaesésével azonban a mért hőmérséklet- és nyomásértékek telített (nedves) vízőz állapotra utalnak, s ez esetenként a mért értékek módosítását indokola. A oyasztóhelyenként rendelkezésre álló mérési adatok (tömeáram, nyomás, hőmérséklet) konvertálása, eldolozása, utólaos korrekcióa a ténylees állapotellemzők iyelembevételével történt me (lásd. melléklet). A szűkítőelemes áramlásmérésnél az alábbi átolyási eyenletek alapán történt a téroatáram (q v ) és a tömeáram (q m ) mehatározása: q q v m m = αε s k = αεa s p [ ] [ Pa ] A0 m ρ ü [ k / m ] [ m ] p[ Pa] ρ [ k m ] 0 ü / (1) () α - átolyási tényező, ε - expanziós tényező, A 0 szűkítőnyílás keresztmetszete, p - mérőperem nyomásesése, ρ ü - üzemi közesűrűsé, q v téroatáram, q m tömeáram. Továbbá iyelembe vesszük az alábbi kapcsolatokat: cd d α = vs. Re =, m = ν D () p cp ε = vs., m, κ = pü cv (4) Re Reynolds-szám, c közesebessé [m/s], D csőátmérő [m], υ - kinematikus viszkozitás [m /s], m szűkítési viszony, d szűkítőnyílás átmérőe [m], D csővezeték átmérőe [m], p ü statikus közenyomás szűkítőelem beépítése előtt, κ - izentrópikus kitevő, c p, c v állandó nyomáson és téroaton mért ahő.

3 A PÉTÁV Gőzszoláltató Rt. által ile-ormában mérőhelyenként rendelkezésünkre bocsátott adatok (tömeáram-, nyomás-, hőmérsékletértékek mintey éléves időtartamra) a túlhevített vízőz sűrűséével számolt értékeket elentettek. Uyanis mérőhelyenként a számítóeyséek adott nyomás- és hőmérsékletkorrekciós tartományon belül túlhevített vízőz nyomás-, ill. hőmérsékletváltozása okozta sűrűséváltozással korriálák a mérőperem okozta nyomásesés néyzetyökével arányos téroatáramot. Az íy kiszámolt tömeáram az áramló vízőz állapotváltozása esetén, ill. telített nedves őzállapot, s a kétázisú áramlás kialakulásakor eltétlen a ténylees őzállapothoz tartozó sűrűsének meelelő korrekciót iényel. A melévő oyasztóhelyeknél alkalmazott szűkítőelemes áramlásmérési módszer alapán mehatározott (túlhevített vízőz esetén a számítóeyséek nyomás- ill. hőmérsékletkorrekcióa a korrekciós tartományokon belül ó közelítéssel a ázokra alkalmazható, az állapotellemzők lineáris kapcsolatát kieező eyesített áztörvény alapán történik) tömeáramokból visszaszámolhatuk a mérőperem okozta nyomáseséseket. Uyanis a rözített őznyomás- és őzhőmérséklet-értékek, a szűkítőelem eometriák, az átolyási tényezők és az expanziós tényezők ismeretében az (1), (), () és (4) összeüések ezt lehetővé teszik. Továbbá eltételezhetük, hoy ha a mért nyomás-, ill. hőmérsékletértékek mérőhelyenként a meadott korrekciós tartományból kilépnek, akkor a számítóeyséek a korrekciós tartomány alsó, ill. első határértékével számolák a őzsűrűséet (ill. atéroatot). Az íy visszaszámolt mérőperem nyomáseséseket behelyettesítve az átolyási eyenletbe, s a rözített nyomáshoz, hőmérséklethez tartozó közeállapottal (lehet telített nedves őz, víz is), s az ehhez tartozó immár ténylees őzsűrűséel számolva határozhatuk me a valódi tömeáramot. A mellékletben az üzemi mérések, s az előbbi módon korriált mérések eldolozását is bemutatuk. A kiadási (az erőműben) és a vételezési helyeken (az eyes oyasztások összezésével) mért értékek közötti elentős eltérések azt indokolák, hoy a hőeneriaelosztás oyasztói iényekhez iazodó mevalósításához, s a betervezett hálózati modell mérésekkel alátámasztott kialakításához nem eleendőek a őzhálózat vépontain kialakított mérőhelyek, szüksées a hálózat csomópontainál is mérőhelyeket kialakítanunk. Ezt támaszta alá a vízőz állapotváltozása, bizonyos üzemállapotokban a olyadék- és a őzázis eyideű elenléte, az eyes oyasztók csökkentett eneriaelhasználásainak eybeesésekor elentkező elentős kondenzáció. Az eneriaáram-hálózati modell paramétereinek mehatározásához (becsléséhez) tekintettel a ázisváltozásra, a őz nedvessétartamának inadozására az üzemi (terepi) méréseken túlmenően el kell készülnünk laboratóriumban vézett kísérleti munkákra is, melyet meelőz a már mekezdett irodalomkutatás. Ez utóbbi tevékenysé elkerülhetetlen a beszerzendő érzékelők és távadók kiválasztásánál, de hasznos inormációt elent a modellstruktúra kialakítása során is. ad. 1.. A őbb eneriaelhasználók eyedi oyasztói iényeinek elmérése Proektünk előkészítő szakaszában az eneriaszoláltató szakértőivel eyütt elkerestük a nayoyasztók hőközpontait, meismertük a őzáram-mérőhelyeknél alkalmazott mérési módszereket, mérőeszközöket, szemrevételeztük a mérőhelyek kialakítását, beszereztük az eyes mérőhelyek, a használt szűkítőelemek, távadók, eyéb árulékos berendezések tervdokumentációit a őzhálózat topolóiai vázlatát. Táékozódtunk a nayoyasztóknál kialakított hőközpontokban üzemeltetési eladatot ellátó szakszemélyzettől üzemeltetési tapasztalataikról. Az eneriaelhasználókkal, s az eneria elosztását biztosító PÉTÁV őzszoláltató Kt-vel olytatott interúk, mebeszélések alapán rözíthető, hoy a oyasztók döntő többséének a 6-10 bar túlnyomás, ºC hőmérséklet minimum-maximum paraméter-tartománnyal ellemzett vízőzállapot eloadott. E vízőzállapotok szerződésben rözítése a túlhevített vízőz mellett a telített nedves vízőz oadását és elhasználását is elentheti. A vízőzt elsősorban technolóiai céllal iénylő BAT Pécsi Dohányyár Kt. számára csak a túlhevített vízőz a meelelő, ezért a szerződésben rözített paraméter-tartományok (8-10 bar túlnyomás, ºC hőmérséklet) a túlhevített vízőz állapotra utalnak. A téli és nyári időszakra vonatkozó csúcslekötés értékek (t/h maximális vízőzáram) az eyes oyasztóknál természetesen eltérő értéket elentenek. A oyasztókkal, a szoláltatóval olytatott konzultáció kiértékelése, s az eyes szerződések tisztázása, áttekintése után az eyes oyasztók őzállapotra, csúcslekötésre vonatkozó iényeit és lehetőséeit rendszereztük az 1. táblázatban. (lásd. melléklet) ad A Hőerőmű hőeneriát előállító technolóiai rendszerének áttekintése Az erőmű a turbinák kilépő őzét hasznosíta és szoláltat városi nay- és kisoyasztóknak technolóiai és űtési célokra vízőzt. Az erőműből kilépő vízőz nyomása bar, s ez a beépített szabályozó szelepekkel csökkenthető. A betervezett kísérleti identiikációhoz szüksées beavatkozásokat, a oyasztók elé biztosított eneriamennyisé módosított értékeit (az aktív kísérletek leolytatását), ezt követően a tranziens állapotokat a

4 Hőerőmű elelős vezetőivel olytatott konzultációk alapán a technolóiai rendszer biztosíta. Természetesen a elhasználókkal eyeztetnünk kell a későbbi vizsálatok ütemtervét, a szoláltatás időlees meváltoztatását. A Pécsi Hőerőmű a őzt naynyomású kazánokban állíta elő, villamos eneria termelésére. A kezdeti nyomás 65 bar. A őz turbinára kerül, és a lapátkoszorúról levett 10 bar nyomású őzt hasznosíták űtési célokra. A nyomás emelésére praktikusan nincs mód, mert ezzel a turbinák hatásokát rontanánk. Alacsonyabb nyomás a rendszerbe épített szabályozó szelepekkel érhető el. Az erőmű a űtési célokat szoláló őzt részben saát ipari épületeinek űtésére használa, részben értékesíti. Az értékesített őz öt irányban lép ki az erőmű területéről, ebből három áat mérnek. E három ő ára telepített oyasztóhelyek mérési eredményeinek eldolozása, a három ő áon lévő csomópontokban úabb mérőhelyek kialakítása, s az ú, ill. melévő mérőhelyek mérési adatainak továbbítása, eldolozása, kiértékelése a eladatunk. A maradék két áon őként az erőművel szerződéses kapcsolatban álló karbantartó céek telephelyeit láták el. A oyasztás a rendszer működése szempontából elentéktelen, mérésüket a övőben sem tervezik. Gazdasáila az erőmű nem érdekelt a őzszállítás növelésében, mert a őz hatósái áras termék és a őz eladási ára nem edezi a költséeket. Uyanakkor az erőmű a saát elhasználás növelésére törekszik, mivel a belső elhasználás űtési célokra is azdasáos. A belső elhasználást nem terheli az elosztórendszer költsée és vesztesée. ad Szakmai elemzés a ennálló üzemviteli, üzemellenőrzési, eneriaelosztási helyzetről, ezek változtatási lehetőséeiről, a matematikai modellezés, a kísérleti identiikáció szükséessééről A kísérleti identiikáció szükséessée Az alkalmazott inormatika területén mekezdett proektünk bázisrendszeréül a mintey 1 km hosszúsáú, névlees átmérőét tekintve DN50-től DN450 i változó városi vízőzhálózat szolál, mely éves szinten ~10 ezer tonna vízőz elosztásával a város elentős részére tered ki. Az eneriaveszteséek csökkentésének iénye indokola a veszteséek elmérését, helyi és időbeli pontosítását, továbbá a avaslattételt az eneriatakarékosabb üzemvitelre. A műszaki-technolóiai elesztés céla a működtetett eneriaáram hálózatra telepítendő számítóépes monitorin és irányítási rendszer létrehozása, mely meteremti a lehetőséét: - az eneriaelosztás olyamatos ellenőrzése és szabályozása révén az időszakosan elentkező többleteneria célirányos hasznosításának, a erinchálózaton és a oyasztónál elentkező eneriaveszteséek csökkentésének; - az elszámolás alapát elentő ellenőrzött és dokumentált eneriaáram mérések, ezek iények szerinti eldolozása és kiértékelése által az eneriát előállító, szoláltató és elhasználó közötti szerződéstelesítések ellenőrzésének; - az előbbi szerződő elek közötti meállapodásoknál az optimális eneriaelosztást és elhasználást elentő üzemeltetési stratéia kidolozásának. Az előbbi elesztési célkitűzések mevalósítása érdekében alkalmazott kutatásunk a - a kísérleti identiikáció elvézését, az eneriaelosztás ellenőrzését biztosító monitorin rendszer, - az anya- és eneriaáram hálózat modelleként, változó orrásokkal, ellenállásokkal, oyasztóhelyekkel működtethető szimulációs rendszer, - a változó topolóiák, üzemállapotok követésére alkalmas üzemviteli proramcsoma, - az előbbi matematikai modellekhez illesztett irányítási stratéia, szakértői és döntéstámoató rendszer létrehozását célozza me [1, ]. Az identiikációs méréseket amennyiben a technolóia meenedi célszerű úy elvéezni, hoy bizonyos zárószerelvények lezárásával eyideűle meszüntetük az árameláazásokat. Ekkor eymással sorba kapcsolt passzív elemekből, ill. orrásokból (nyomásorrás, áramorrás) álló részrendszereket nyerünk, s az elemeken vay azonos, vay a orrásáramokkal korriálható áram halad át az állandósult állapot beállásakor. Az ááramok, s a sorba kapcsolt elemeken létreövő nyomásesések ismeretében mehatározhatók az eyes áakat ellemző modellparaméterek. A rendszeridentiikáció során a teles eneriahálózatot íy tuduk részrendszerekre bontani, s e részrendszereken vézett mérések kiértékelésével következtethetünk a teles hálózat viselkedésére []. A vízőzhálózatot stacionárius állapotban leíró hálózatos modell elállítása eltételezi a hálózat csomópontai közötti áak (különböző vesztesétényezővel, kondenzterheléssel, eometriával ellemezhető csőszakaszok, idomdarabok, zárószerelvények alkotta csővezeték) nyomásesés vs. sebessé kapcsolatát leíró áeyenletek, karakterisztikák, valamint a hálózat komponensei összekapcsolási kényszereinek (a hálózatra elírható csomóponti eyenletek és a a hálózat hurokeyenletei) ismeretét.

5 4 A műszaki-technolóiai olyamatok a valósában többnyire nincsenek állandósult állapotban. Az elosztandó anya-, és eneriaáram változása, a környezeti hőmérséklet inadozása, s a változó oyasztói iények beolyásolák az eneriaáram-hálózat állapotellemzőinek (a vízőz nyomása, hőmérséklete, nedvessétartalma) helyi és időbeli értékeit is. Tehát változik a hálózat ellemzőinek eloszlása, az eyes oyasztóhelyekre utó eneria minősée. Ha az eész műszaki-technolóiai olyamat alapvető céla az eyes oyasztóhelyekre utó termék kívánt minőséének biztosítása, ezek a oyasztói iények szükséessé teszik a olyamatba történő irányított beavatkozásokat, a olyamatirányítást. A tervezendő irányítási stratéia a külső hatások változását (zavarásokat) kompenzálva képes lehet a minőséi elvárások kieléítésére. A modellezési cél tehát dinamikus modellek létrehozását kívána me, amennyiben a technolóiai célok az optimális, a oyasztói iényekhez iazodó üzemvitel mevalósítására, számítóépes irányítási stratéia elállítására irányulnak [4]. Az eneretikai rendszerben vébemenő változások dinamikáát, az állapotellemzők térbeli eloszlását elosztott paraméterű modellek írák le, tehát parciális dierenciál eyenletek elállításával számolhatunk e mező-problémák táryalásánál. Az eneriaáram-hálózati modell paramétereinek mehatározásához, becsléséhez tekintettel a ázisváltozásra, a őz nedvessétartamának inadozására, az állapotellemzők idő- és térbeli változására szüksées az üzemi, terepi mérések elvézése. Továbbá e mérések kivitelezése speciális helyenként az adott csőszelvényben két eymásra merőlees átmérőirány különböző pontaiban elhelyezett - hőmérséklet- és nyomásérzékelők metervezését, leyártását és telepítését is iényli. Számolunk továbbá a kétázisú áramlás nyomonkövetése célából termokamera alkalmazásával is. A vízőzhálózat mintey 0 különböző helyén telepített távadók (mérőhelyenként hőmérséklet-, nyomás-, nyomáskülönbsé érzékelőkkel), továbbá a hálózat eyes csomópontaiban (minimum 6-8 mérőhely) beépítendő távadók lekérdezését mobil inokommunikációval kívánuk meoldani a nay távolsáok, a terepi, villamos eneriavételezési helyektől távoleső mérőhelyek ellee miatt. Az előzőekben említett üzemviteli helyzet alapán, s a tervezendő irányítási stratéiák kialakítása célából indokolt az anya-eneriaáram hálózat áramlástani, hőátviteli modellezése, mekezdtük e modellezési tevékenyséet is. További eladatunk a modellparaméterek becslését, kísérleti mehatározását (iazolását), a teles eneriaáram hálózat elemi eyséekből való elépítését, változó üzemállapotokban utatott szimulációát, s az íy nyert eneriaáram-hálózati modellrendszernek a kialakítandó térinormatikai modellrendszerünkhöz történő adaptálását elenti. Ezt követi az eneriaáram-hálózat számítóépes szimulációának kiértékelésével az eneriatakarékos üzemvitelt biztosító irányítási stratéia mehatározása. Az eneriaáram-hálózat bontása Összetett technolóiai olyamat, anya- és eneriaáram hálózat ellemzésénél az általánosítás lehetőséével élve a teles műszaki - technolóiai rendszer tekinthető elemi eyséekben vébemenő elemi olyamatok eredőeként. Az elemi eyséekre való bontás lehetővé teszi a már viszonyla eyszerű elemek meismerését, analízisét, melyek rendszerezésével az összetett olyamat az anya-, eneriaáram hálózatok törvényszerűséeinek betartásával elépíthető elemi eyséek kapcsolódásaként [4]. A teles műszaki - technolóiai olyamat elemi eyséekből való elépítésekor, az eyes elemek összekapcsolásakor me kell elelnünk olytonossái és memaradási törvényeknek, nevezetesen a töme-, az eneria- és az impulzusmemaradásnak. A előzőekben említett üzemviteli helyzet alapán a vizsálandó anya eneriaáram hálózat elemi eyséeként a hálózat valamely áában lévő olyan vezetékszakasz szolál, mely két automatikusan működő kondenzleválasztó berendezés között helyezkedik el. Feltételezhetük, hoy a kondenzleválasztóknál az áramló, nedves telített vízőz mentesül a vízszintes helyzetű csővezetékszakasz alán elhelyezkedő kondenzátumtól és száraz telített őzként áramlik tovább. Íy célszerű az elemi eysé bemenetén száraz telített őz állapotellemzőivel számolnunk. Amennyiben az elemi eysébe belépő őz túlhevített állapotú, az áramlás irányában haladva a szietelt csővezeték alán keresztül a környezet elé történő hőátbocsátás következtében a okozatosan csökkenő hőmérséklet eléri az adott nyomáshoz tartozó telítési, kondenzációs hőmérsékletet, ott elindul az állapotváltozás. E csőszelvény helyzete, az elemi eysé bemenetétől való távolsáa tekinthető a kétázisú áramlás kezdőpontának. Csővezetéki őzszállítás nem-eyensúlyi kondenzációt is iyelembe vevő többázisú modellének töme-, impulzus- és eneria-memaradásra vonatkozó alakai változatos képet mutatnak. A őz-, illetve olyadékázisra vonatkozó mérleeyenletek elírását leeyszerűsíti az eysétéroatra vonatkoztatott olyadék/őz tömearány használata ( ε = m / m ) [5]. Az állapotváltozás modellezésénél, a vízőz kondenzálódásával meelenő olyadékázissal kialakuló kétázisú áramlás ellemzésénél, a mérleeyenletekben szereplő eyes orrás taok

6 5 kietésénél a vízőzből keletkezett kondenzátum eysétéroatra számított tömee a ρ ε szorzatként ormalizálható. ( ρ vízőzsűrűsé). Az előbbiek alapán a őzázisból a olyadékázisba időeysé alatt átlépő tömerész, a töme-memaradási eyenletben menevezett orrás ta, mint a kondenzálódás sebessée: S m dε = ρ. (5) dt összeüéssel adható me. A memaradási eyenletek értelmezése Az impulzus-memaradási eyenletek Áramló őzök (ázok) esetében többnyire két állapotellemző (tömeáram, nyomás) változásának leírására törekszünk. Az anyaáram hálózat dinamikáának (az instacionárius maatartás matematikai analízise) ismerete arra adhat elviláosítást, hoy a csőhálózat eleén ellépő nyomásváltozás milyen következményeket okoz a vezeték véén (a oyasztóhelyeken) tapasztalható tömeáram-, nyomásellemzők alakulásában. A oyasztók technolóiai iényeit kiszoláló őzellátó rendszerekben normális működés esetén az áramlás turbulens. A modellezés kezdeti szakaszában az anyaáram-hálózat hidraulikai táryalásának hálózatunkat elbonthatuk csomópontok között elhelyezkedő, ξ eredő vesztesétényezővel ellemezhető áakra, mely hidraulikai ellenállások állandó keresztmetszetű, különböző eometriáú eyenes csőszakaszok, idomdarabok és szerelvények λ n l n D, ξ i= 1 i illetve ξ i= 1 csőátmérő) maukban olalák. i vesztesétényezőit is (λ- csősúrlódási tényező; l- csőhossz; d- Hidraulikai ellenállások állandósult állapotra vonatkozó statikus elleörbéi az alábbi üvénykapcsolattal: ρ p = ξ u, (6) p - az áramlás irányába eső statikus nyomásesés [ Pa] ρ - közesűrűsé [ k/ m ] u - közesebessé [ ms / ] p ellemezhetők. A köze összenyomhatósáára ellemző hansebessé: u0 = p/ ρ = κ ρ ( p -nyomás; ρ - vízőzsűrűsé; κ - izentrópikus kitevő) mint az elemi nyomáshullámok teredési sebessée értékéhez viszonyítva az áramló köze sebessée csekély ipari csővezetékekben. A Mach szám: Ma = u << 1, ezért a köze összenyomhatósáával, lökéshullámok ellépésével nem számolunk. u 0 Az impulzus-memaradási eyenlet elírásához, a közeáramlás dinamikai alaptörvényeinek értelmezéséhez kövessük az Euler-éle táryalásmódot, mely az áramlásra ellemző mennyiséeket (sűrűsé, sebessé, yorsulás stb.) a tér ey kielölt pontában az idő üvényében vizsála, tehát vektoriális alakban ada me. A olytonossá tétel iyelembe vételével összenyomhatatlannak tekinthető súrlódásos köze áramlását az Euleréle eyenletek továbbelesztéseként tekinthető, a közeek belső súrlódását is iyelembe vevő Navier-Stokes eyenletekkel írhatuk le. Ezeknek az eyenleteknek átadási és orrás taokkal kibővített változata az alábbi: ( ρu) + Div (( ρ u) u) = Div( µ e Grad u) t ± ( γω u+ radp+ S ) u (7)

7 6 t - időkoordináta [ s] u - sebessévektor [ ms / ] p - nyomás [ Pa] ρ - közesűrűsé [ k/ m ] µ - eektív dinamikus viszkozitás [ k/ ms] e A 1 Ω= V - téroateysére vonatkoztatott alaos elület [ m ] γ - impulzusátadási tényező k/ m s Az előbbi eyenletben az eysényi tömeű közerészecskékre ható tehetetlenséi erővel, a súrlódási erővel, s a nyomás hely szerinti változásából származó erővel kapcsolatos taok mellett az átadási ta és a ázisok közötti impulzusátvitelre utaló orrás ta is szerepel. A konvektív ta (a konvektív impulzus-áramsűrűsé és a sebessé vektorok diadikus szorzata) az áramló töme kinetikus eneriáának változásaként tekinthető, mely esetünkben elhanyaolható. Uyanis az áramló vízőz sűrűsée, kinetikus eneriáa csekély, az áramlási sebessé nem mérhető össze a hansebesséel. E ta másodrendű tenzorok diverenciáaként amennyiben mindkét vektor három vektorösszetevő eredőeként értelmezhető kilenc elemű néyzetes mátrixként állítható elő. Az impulzusmemaradási eyenletben szereplő konduktív (vezetéses) ta esetén ey vektortér (sebessétér) radiens tenzoráról van szó. Amennyiben a konvektív áramlás során a súrlódás következtében az áramlás irányára merőleesen sebessékülönbséek elentkeznek (elsősorban a lamináris sebessétartományban), tekintettel kell lenni a nayobb impulzussal rendelkező réteekből az alacsonyabb impulzusú réteek elé (eyázisú áramlásnál a al elé) irányuló impulzusátvitelre. Esetünkben a turbulens áramlás a ellemző, s ekkor a őz-, ill. olyadékrészecskék keveredése és érintkezése sokkal intenzívebb, mint a hőmozás okozta keveredésnél és érintkezésnél. A yakorlati tapasztalatokkal összhanban az eektív dinamikus viszkozitás ( µ e ) értékét a lamináris áramlásra ellemző arányossái tényező (µ ) és ey kieészítő ta turbulens áramlás eyütthatóa ( χ ) összee ada. Vízőzhálózatunkat a vezetékszakaszok vízszintes síkban való vonalvezetése ellemzi. Kondenzálódás, a kétázisú áramlás létreötte esetén a olyadékázis előrehaladásakor a csővezeték alán történő kondenzszállítás a domináló, s vízszintes olyadékelszínt eltételezhetünk. Ez esetben az áramló ázisok vízszintes síkban való érintkezése vélhetően az áramlási irányra merőlees üőlees irányban okozhat nayobb sebessékülönbséeket a ázisok belseében. Nay Reynolds-számoknál az impulzusáramra vonatkozó undamentális eyenletben a vezetéses áram is elhanyaolható. Az átadási ta turbulens áramlást eltételezve, s iyelembe véve a hidraulikai ellenállásra értelmezett korábbi összeüést a közesebessé néyzetét tartalmazza. A különbsé elölésétől eltekinthetünk, mivel a csőalnál zérus a közesebessé. E ta a csőalon át a vesztesé ormáában távozó impulzusáramot elenti [6]. Az S u orrás ta kondenzálódás esetén a őzázisból a olyadékázisba átlépő impulzusáram naysáára utal, mely arányos a ázisváltozás sebesséével ( ), s az áramló ázisok mehatározó sebesséösszetevői közötti sebessékülönbséel ( ). Ennek a k helykoordináta irányába eső összetevőe u S m S = S u. uk m (8) E orrás ta értelmezéséhez a csővezeték belső alán történő ilmkondenzációt kell kietenünk, melynek hőátadó mechanizmusára a hártya elszínén vébemenő őzlecsapódás, az ott elszabaduló, s a ilmréteen keresztül a hőelvonó elületi elutó kondenzációs hő a ellemző. Vízszintesnek tekinthető vezetékszakaszokban a cső palástán kialakuló ilmréte létreöttén túlmenően a további kondenzálódás a csővezeték alára lecsuró kondenzátum növekedését, a olyadékszínt emelkedését okozhata. Az áramló vízőz és a kondenzátum eltérő haladási sebessée (impulzussűrűsée), s a kétázis mehatározó tömerészeinek a cső alán, vélhetően vízszintes síkban való érintkezése ey átadás elleű, elsősorban a üőlees k helykoordináta irányába eső impulzusáramot indokol: Su k = %% γω, u (9)

8 7 γ% - ázisok közötti impulzusátadási tényező [ k/ m s] A Ω= % % 1 V téroateysére vonatkoztatott alaos elület [ m ] u - a helykoordináta irányában a ázisok közötti sebessékülönbsé A ázisok közötti érintkezést elentő A % elület naysáa a kondenzátum téroathányadával kapcsolatos, az impulzus átadási tényező mehatározása identiikációs mérések elvézését iényli. A őzázisban és a olyadékázisban, a ázisok téroateyséében vébemenő változásokat mehatározó impulzusáramok, áramsűrűséek értelmezését szolála az 1. ábra. A olyadék- és őzázis ey-ey téroateyséét szemléltető, dx dx dx téroatú elemi hasábokon a hely és idő üvényében változó i k sebessékomponenseket ( u, u, u ), a tehetetlenséi erő és a nyomás hely szerinti változásából adódó i k impulzusáram-sűrűsé többletet, a tapasztalati alapokon nyuvó átadási áramokat, s a ázisok közötti impulzusátvitelt (orrás ta) tüntettük el. 1. ábra: Az impulzulsmérle szemléltetése kétázisú áramlásnál Az előbbi meontolások alapán az (7) általános alakú impulzus-memaradási eyenletből a következő eyenletek származtathatók le a őzázisra: ( ρu) ( ρu) u u + = µ e t x xk xk (10) p Ω ξ ρ Ω %% γ, ( u) u x illetve a olyadékázisra:

9 8 ( ρε u ) ( ρε u ) u u + = µ e t x xk x k p Ω ξ ( ρεu ) Ω %% γ u, x (11) ρ - őzsűrűsé [ k/ m ], u, u - őzsebessé, ill. olyadéksebessé összetevő [ ms / ], - ázisok közötti sebessékülönbsé [ ms / ], u t - időkoordináta [ s], ξ - vesztesétényező, µ - a őz, eektív dinamikus viszkozitása [ k/ ms], e µ - a őz eektív dinamikus viszkozitása [ k/ ms], e p - nyomás [ Pa], x, x - helykoordináták [ m], k γ% - ázisok közötti impulzusátadási tényező [ k/ m s], % A 1 - téroateysére vonatkoztatott alaos elület [ m ]. Ω= % V Hőátvitel kondenzációnál A őz telítési hőmérsékleténél alacsonyabb hőokú elülettel érintkezve e elületen lecsapódik, s amennyiben a keletkező kondenzátum nedvesíti a elületet, a olyadék szétolyva azon vékony ilmet képez. E ilmréte kialakulását eometriai és áramlási viszonyok beolyásolák. A kondenzáció ennmaradásának eltétele, hoy a őz a ilm (hártya) elületére elusson, továbbá a hő a olyadékilmen áthatolon. A kondenzálódás a őz téroatát naysárendekkel csökkenti, a ilm elszínén e robbanásszerű téroatcsökkenés a őzázisban intenzív turbulenciával ár eyütt, ezért a őzázis és a ilmréte közötti hőellenállástól el lehet tekinteni. A hőátadási tényező értelmezésénél és számszerűsítésénél elsősorban azt kell vizsálnunk, hoyan valósulhat me a hőnek a olyadékilmen való áthatolása. Indulunk ki a Nusselt éle, a yakorlatban alkalmazható leeyszerűsített modellből, mely telített őz üőlees alon történő kondenzációát értelmezi. E modell elhanyaola a olyadékilm üőlees irányú hővezetését, a olyadékyorsulás okozta tehetetlenséi erőt, a olyadék anyaellemzőinek hőmérséklet üését, s a elületi eszültsé hatását. Továbbá eltételezi a olyadékilm és az ezzel érintkező őz azonos hőmérsékletét, s a üőleesen leele irányuló lamináris olyadékáramlást [7]. Az előbbi eltételezésekkel élve tekintsünk ey vízszintes helyzetű, eysényi hosszúsáú ( dx = ˆx ), D belső átmérőű csőszakaszt, melynek palástát keskeny, a d ívhosszal közel azonos elemszélesséű, a k üőlees és a vízszintes helykoordináták alkotta síkkal különböző ψ halásszöet bezáró palástelemek elentik (lásd. ábra). Határozzuk me az eysényi hosszúsáú csőszakasz belső két élpalástán a cső lemaasabban, ill. lealacsonyabban elhelyezkedő alkotói között lecsuró lamináris olyadékilm sebesséviszonyait. Rözítsük, hoy tetszőlees olyadékelemre hat a súlyerő alirányú összetevőe, s a környező olyadékrészecskékkel való érintkezése okozta, uyancsak alirányú súrlódási erő. Előbbiek tartanak eyensúlyt a olyadékrészecske yorsulásából adódó, esetünkben zérusnak eltételezett tehetetlenséi erővel. 1

10 9. ábra: Kondenzképződés vízszintes csővezetékben r Leyen a suárirányú helykoordináta, záron be a tetszőleesen kiválasztott palástelem átlaosan ψ szöet a koordináta rendszerünkben értelmezett üőlees síkkal. Ekkor a palástelemen elhelyezkedő olyadékelemekre az erőeyensúly az alábbi ormában adható me: dx dr dx ρ cosψ + ds dx dx = 0, (1) ρ - olyadéksűrűsé [ k/ m ] x, rx, - ívérintő, suárirányú, hosszmenti helykoordináta [ m] s - a olyadékelemek között ellépő nyíróeszültsé [ k/ s m] A nyíróeszültsé melynek iránya a palástelem elületére merőlees suárirány változására vonatkozó összeüés esetünkben a következő: dux du ds = µ dr = ν ρ dr, (1) x dr dr µ - a olyadék dinamikus viszkozitása [ k/ ms] ν - a olyadék kinematikus viszkozitása u r x [ m / s] - a olyadék ívérintő irányú sebessée [ ms / ] - a suárirányú helykoordináta [m] Az előbbi két eyenlet összevetéséből nyert dierenciáleyenlet: dux dr cosψ =. (14) ν Feltételezhetük, hoy minden palástelem esetén a belső csőal mellett a olyadéksebessé zérus, továbbá a őzzel érintkező ilmelületben a nyíróeszültsé, s ezzel az x ívérintő irányú sebessé összetevők suárirányban vett dierenciálhányadosa is zérus. Eltekintve a viszkozitás hőmérsékletüésétől e határeltételekkel az előbbi dierenciáleyenlet meoldásaként ey a üőlees síkkal ψ szöet bezáró palástelem esetén adódó összeüés: cos cos u = ψ ψ x δr r r, (15) ν ν

11 10 δ r - a ilmréte suárirányba eső vastasáa [ m] A ilm kezdetétől (az eysényi hosszúsáú vízszintes csőszakasz lemaasabban elhelyezkedő, a cső hossztenelyével párhuzamos alkotóától) ˆx ívhosszon lecsuró m& x közemennyiséet az ux sebessére levezetett (15) összeüés iyelembevételével az alábbi interál-kieezésekből határozhatuk me, mely az i- edik erde elületű palástelemre: m& = xi r= δ = 0 xi δ r i r= δ = 0 δ = r i 1 r= δ = 0 r i 1 δ r i r i 1 ρ 1 ρ 1u dr cosψ i ν r i ρ 1 r dr. cosψ i ν δ r i rdr (16) Az interálásokat palástelemenként elvéezve a 0 r δ közötti tartományban, a csőszakasz kerületének okonkénti elosztásával nyert palástelemek cosψ ével számolva, s a palást-elemenként keletkező i tömeáramokat összeezve, az eysényi hosszúsáú csőszakasz esetén a ilm kezdetétől az eyik palástélen ˆx ívhossznyi távolsában leolyt kondenzmennyisére adódó kieezés: r (cos ψ ) av m& x = ρ δr, (17) ν m& x eyséhosszúsáú vízszintes csőszakaszon a palástélre számított kondenzáram [ k/ ms] A K = (cos ψ ) av szorzótényező a cosψ i értékek átlaaként adódik, esetünkben ez 0,666. Füőlees alon történő kondenzálódás esetén az előbbi eltételek iyelembe vételével a K szorzótényező eysényi. Az eymás alatt dx távolsára lévő, az ˆx ív irányában leelé haladva eyre kisebb mértékben növekvő elületeken áthaladó kondenzáramok csak a dx dx elületen lekondenzálódott őz mennyiséével térhetnek el eymástól. A tömeáram ˆx irányú változása a (17) összeüés deriválásával határozható me, tehát a cső élpalástán eysényi hosszúsáú csőszakaszon a leolyó kondenzáram meváltozása d m& K x dm& x = dx=. (18) dx ρ δr dδ r ν Tehát a dx dx olyadékelszínen kell, hoy időeysé alatt a kondenzálódásból származó dmx H hőmennyisé elszabadulon, s mely a ilmréteen át lamináris áramlást eltételezve vezetéssel kell, hoy elusson a hőelvonó csőali. Az előbbiek alapán a hőáramokra meadható eyenlet az alábbi: λ dm& x H = ( Tcond Twall ) 1dx, (19) δ r m& x - kondenzáram [ k/ ms], H - kondenzációs hő [ Jk / ],

12 11 λ - a olyadék hővezetési tényezőe [ JsCm / o ], T - kondenzációs hőmérséklet [ o C], cond T - alhőmérséklet [ o C]. wall Az előbbi eyenletek összevetésével nyert dierenciáleyenlet: Kρ δ λ d H = ( T T ) 1 dx. (0) ν r δr δr cond wall A enti eyenletet interálva ( x = 0 helyen a ilm vastasáa zérus határeltétellel) a ilmréte vastasáára adódó kieezés: δ = r 4 4 ν λ ( Tcond Twall) x. Kρ H (1) Mivel a hőátadási tényező: α x = λ/ δr, a δ r ilmvastasá (1) összeüéssel kieezett alakának behelyettesítésével nyerük a következő kieezést: Kρ Hλ α 4 x =, () 4 ν ( T T ) x cond wall α x - a olyadékilm ilmvastasától üő hőátadási tényezőe JmsC o [ / ] Gyakorlati problémák meoldásánál az előbbi, a csőpalásta mentén változó hőátadási tényező helyett előnyösebb lehet ey átlaos hőátadási tényező deiniálása. Az α = α átlaos hőátadási tényező a elület mentén átmenő összes hőáramnak a teles elületre vonatkoztatott értékét veti össze a változó átadási tényezővel számolt hőárammal: av D D π α1 π ( T cond T wall ) = αx 1( T cond T wall ) d x, () 0 D a vízszintes helyzetű cső átmérőe [ m] Ha a cső kerülete mentén a ( T cond T wall ) hőmérsékletkülönbséet állandónak tekintük, kiemelhető az interálel elé, s íy az előbbi összeüés eyszerűsítésével, s interálásával az átadási tényezőre nyert alak: α = 4 Kρ 4 Hλ 4 ν ( T T ) πd cond wall =. 4 ν ( T T ) D. ρ Hλ cond wall (4) α α x A () és a (4) összeüéseket ( x = π D/ behelyettesítéssel) összevetve meállapítható, hoy = 4 /. A (17) eyenlet alapán az eysényi hosszúsáú ( dx = 1m ) vízszintes helyzetű csőszakasz alsó alkotóára a mind két palásélről lecsuró kondenzáram:

13 1 ρ λ m& = [ k/ sm]. (5) να x Az előző összeüésből az deiniálását: α x hőátadási tényezőt kieezve, s iyelembe véve az átlaos hőátadási tényező ρ 4 λ ρ ν m& 0 94λ ν m& α = =. ρ =. 100λ ν m&. (6) A kondenzációs elenséek előbbi értelmezése szolál mayarázatul a tömememaradási és az eneriamemaradási eyenletekben szereplő orrás taok kietésénél. Töme-és eneriamemaradás a őz-és a olyadékázisban A vízőzhálózat működtetése során a oyasztók csökkentett eneriaelhasználásakor eyre okozottabb mértékben elentkeznek a csőalon keresztül a környezet elé irányuló hőveszteséek, melyet a következőkben ellemzünk. A őz T hőmérséklete, s az ennél alacsonyabb T amb környezeti hőmérséklet közötti mindenkori különbsé mehatároz ey kétoldali hőátadásból, s szietelt csővezeték esetén kétréteű alban leátszódó vezetésből álló hőátbocsátást az alábbiak szerint: 1 1 δc δ s 1 α = α + λ + λ + α, (7) c s k α o - hőátbocsátási tényező [ JmsC / ] o α, α k - őzoldali, ill. külső hőátadási tényező [ JmsC / ] o λ, λ - a csőal, ill. a szietelőréte hővezetési tényezőe [ JmsC / ] c δ δ c s, - a csőal, ill. a szietelőréte vastasáa [m] s Ha a vizsált elemi eysében a környezet elé irányuló, hőveszteséet elentő: α Ω( ) [ / ], (8) T Tamb J m s hőáram következtében a hőorrástól az áramlás irányában haladva, s tekintetbe véve az áramlő köze csősurlódás okozta nyomásveszteséét, a őz hőmérséklete lecsökken az adott nyomáshoz tartozó telítési (kondenzációs) hőmérsékletéi, a (19) eyenlet szerint meindul a ilmkondenzáció. Létreön a cső palástán a (1) összeüés szerint, adott csőátmérő és a ázisok anyaellemzőinek állandósáa esetén elsősorban a ( T T ) hőmérséklet-különbsétől üő rétevastasáú ilmhártya. cond wall A őzázisra vonatkozó tömememaradási eyenletben a konvektív ta, s a lokális meváltozás mellett szereplő S m orrás ta a ilmkondenzáció révén a vízőzből kondenzálódott, s a olyadékázisba átkerülő tömeáramot elenti: ρ ( ρu ) + = S t x m, (9)

14 1 ρ - őzsűrűsé u k m [ / ] - őzsebessé a cső hosszirányában [ ms / ] x - hosszirányú helykoordináta [ m] t - időkoordináta [] s A olyadékázisra a tömemearadás: ρ ε ( ρ εu ) + = S t x m, (0) ε = m m - a olyadék és a őz tömearánya u - kondenzsebessé a cső hosszirányában [ ms / ] A ázisokban, a ázisok téroateyséében értelmezhető változásokat szemlélteti a. ábra.. ábra: A tömemérle szemléltetése kétázisú áramlásnál Állandósult állapotban vizsált elemi eyséünk teles L hosszúsáú szakaszán időben nem változó rétevastasáú, köryűrűszerűen elhelyezkedő kondenzilmet eltételezve az alábbi összeüések érvényesek a őzázisra: ρ in in D π 4 + ρ u ( D δ) u out out + ml & = 0, π ˆ ω sinω 8 (1) ill. a olyadékázisra:

15 14 ( D δ ) ρ ( ˆ out εu out ω sin ω) + ml & = 0, () 8 ρ - őzsűrűsé az elemi eysé bemeneti szelvényében [ k/ m ], in ρ - őzsűrűsé az elemi eysé kimeneti szelvényében [ k/ m ], out u - hosszirányú őzsebessé az elemi eysé kimeneti szelvényében [ ms / ], ut o u ut - hosszirányú olyadéksebessé az elemi eysé kimeneti szelvényében [ ms / ], o m& - az elemi eysé 1 m hosszúsáú palástelületén lecsapódott kondenzáram [ k/ sm], DLδ,, - csőátmérő, csőhossz, átlaos ilmvastasá [ m], ω, ˆ ω - körszelet középponti szöe okban, ill, radiánban. A vízszintes csőben történő kondenzálódás leolyása (eometriai elrendeződése) a következők szerint értelmezhető. A olyadékilm elszínén vébemenő kondenzálódás során elszabaduló hőmennyisé a ilmen áthatolva elut a hőelvonó alelületi, ill. a csőalon és a szietelőréteen keresztül távozik a külső környezetbe. Uyanekkor a ázisváltozás során képződő kondenzmennyisé a cső palástán kondenzálódva, s azon lecsurova lekerül a csővezeték alára. Amennyiben a csővezeték palástán kialakuló ilmhártyát állandó rétevastasáúnak tekinthetük, e köryűrű A elülete (lásd. 4. ábra): π A D D 4 = ( ( δ ) ) () Ennek alapán az L hosszúsáú, állandó keresztmetszetű vízszintes csőszakaszra számítható kondenztéroat: A L. 4. ábra: Kondenzátum elhelyezkedése vízszintes csővezetékben Az előbbi, állandósult állapotra vonatkozó mérleeyenletben szereplő bármely ta meváltozása (pl. a oyasztóoldali ellenállás, a orrásoldali betáplálás inadozása stb.) elemi eyséünk belseében helyi tömeáramváltozást okoz, a olyadékszint ( δ + y ), a kondenzátum téroathányadának időbeli inadozását válta ki ( dε/ dt 0 ). Mindkét áramló ázis szelvénye a kondenzilm köryűrű szelvényével csökkentett kör ey ey körszeletének tekinthető. A ázistéroatok rövid dx hosszon a körszelet területe és dx szorzataként számíthatók. Az y olyadékszint uyancsak körszelvény maassáaként határozható me: D δ (1 1 sin y = ± ω/ ), (4) ω - a körszelet középponti szöe

16 15 A csőpaláston lecsuró kondenz és a cső alán elhelyezkedő, vízszintes elületű kondenzréte érintkezési vonalában a (15) összeüés szerint számítható ux sebessé, melynek vízszintes síkkal bezárt β szöe (mint kerületi szö) a 4. ábra alapán szintén a körszelet = középponti szöére ened következtetni. Elemi műveleti eyséünk eneriamérlee - tehát a Fourier-Kircho éle eyenletek átadási és orrás taokkal kibővített változata - a (19), (7) és (8) összeüések iyelembevételével ormalizálható a őzázisra: ( ρh) ( ρhu) T + = ( λe ) α Ω( T Tamb ) α Ω% ( T T ), (5) t x x x illetve a olyadékázisra: k k ( ρεh ) ( ρεhu ) T + = ( λ e ) + α Ω% ( T T ), (6) t x x x k k ω β ρ - őzsűrűsé [ k/ m ], u, u - őzsebessé, ill. olyadéksebessé összetevő [ ms / ], T, T - őzhőmérséklet, olyadékhőmérséklet, [ o C], T - ázisok közötti hőmérsékletkülönbsé [ o C], T - környezeti hőmérséklet [ o C], amb x, x - helykoordináták [ m], k t - időkoordináta [ s], λ - őz eekív hővezetési tényezőe o [ JmsC / ], e JmsC / o λ e - olyadék eekív hővezetési tényezőe [ ], α - hőátbocsátási tényező o [ JmsC / ], o α - ázisok közötti hőátadási tényező [ JmsC / ], h, h - a őz, ill. a olyadék entalpiáa [ Jk / ], % - téroateysére vonatkoztatott alaos elület Ω= % A V 1 [ m ]. A ázisokban, azok téroateyséeiben vébemenő változásokat, továbbá a memaradási eyenletek eyes taait értelmezi az 5. ábra a konvektív áramsűrűsé, a kondenzálódáskor elszabadult, s a csőalon át a környezetbe távozó átbocsátott hőáram, valamint a ázisok közötti átadási áram eltüntetésével.

17 16 5. ábra: Eneriamérle szemléltetése kétázisú áramlásnál Az utóbbi áram esetében a különböző entalpiáú ázisok hőátadásra szoláló, A érintkeztetési elületeként a 4. ábra szerint vázolt körszelet h húra és az x helykoordináta szorzata szolálhat. Feltételezhetük a ázisok belseében az inhomoén hőmérséklet elosztást, melyet a konduktív ta iyelembe vételével és az eektív hővezetési tényezők kísérleti mehatározásával kívánunk tisztázni. Összezés Modellezési tevékenyséünk reionális vízőzhálózat áramlástani és hőátviteli modellezését oa elenteni, uyanis reionális vízőzhálózat eneretikai veszteséeinek csökkentése érdekében az eneriaáram-hálózat számítóépes elüyeleti, szakértői és döntéstámoató rendszerének kidolozása a eladatunk. Struktúraidentiikálási tevékenyséünk során a vizsálandó vízőzhálózat eyes elemi eyséeire kell értelmeznünk a memaradási eyenleteket. Az előbbiekben ey elemi eysére (kondenzleválasztók között elhelyezkedő csőszakasz) elemeztük az átadási és orrás taokkal kieészített Navier-Stokes, illetve Fourier- Kircho éle impulzus-, ill. eneriamemaradási eyenletek meadásának lehetőséét a csökkentett őzoyasztás okozta kondenzálódás esetén, a kialakuló kétázisú áramlás viszonyaira. A csővezetékben létreövő, súrlódásos közeáramlás okozta nyomásvesztesé, a környezet hőelvonása következtében értelmezhető hőátbocsátás, a őzhőmérséklet kondenzációs hőmérsékleti történő csökkenése, s az előbbiek következményeként a csőalon tapasztalható ilmkondenzáció hatásmechanizmusát a későbbi modellszimuláció során kívánuk szemléltetni. Modellünk az instacioner állapotot, a csőalon lecsuró, s a cső alán változó szintmaassáal előrehaladó kondenzátum, s a őzázis viszonyait a ázisváltozás során a csőalon átlaos, időben változatlan ilmvastasáal számolva a vízszintes helyzetű csőszakasz hosszirányában haladva ó közelítéssel két körszelet alapú erde hasáb eometriáának változásaként íra le. További eladatunk a modellparaméterek becslését, kísérleti mehatározását (iazolását), a teles eneriaáram hálózat elemi eyséekből való elépítését, változó üzemállapotokban utatott szimulációát, s az íy nyert eneriaáram-hálózati modellrendszernek a kialakítandó térinormatikai modellrendszerünkhöz történő adaptálását elenti.

18 17 Irodalomeyzék [1] L. Szakonyi: Városi vízőzhálózat identiikálása, számítóépes elüyeleti rendszerének kidolozása. IV. Alkalmazott Inormatika Konerencia, X. Folyamatinormatika Szekció Kaposvár, 005. máus 7. [] L. Szakonyi: Inokommunikációs technolóia kidolozása és reionális hasznosítása az eneriaelosztás területén. Inormatika a elsőoktatásban Konerencia D Műszaki Inormatika Szekció. Konerenciakiadvány 19. oldal. 005 Debrecen, 005. au [] L. Szakonyi: Jelek és rendszerek, PTE PMMK eyzet, Pécs 00. [4] L. Szakonyi: Műszaki rendszerek és hálózatok, PTE PMMK eyzet, Pécs 00. [5] A.G. Gerber: A pressure based Eulerian-Eulerian multi-phase model or non-equilibrium condensation in transonic steam low. International Journal o Heat and Mass Transer 47 (004) [6] R. Mohilla-B.Ferenc: Chemical Process dynamics. Akadémiai Kiadó, Budapest 198. [7] E.Bass: Veyipari épek I. kötet. A veyipari épek elmélete. Tankönyvkiadó Budapest ad A olyamatidentiikációs mérőhelyek, a mérési módszerek meválasztása A őzvezeték rendszer térinormatikai modellének kidolozását mekezdtük. A térinormatikai modellezésre az ArcVIEW 8. proramot használuk, mely rendelkezésünkre áll. A proram használható mind térképkészítésre, diitalizálás, mind pedi az adatok eldolozására, meelenítésére. Íy a szoláltatott térképek alapán a vezetékek eometriáa és topolóiáa bevitelre került. Ezen adatok ellenőrzése és a kieészítő adatok, úy mint átmérő és eyéb ellemzők bekapcsolása a modellbe a. munkaszakasz része lesz. A vízőzhálózat topolóiai vázlatát az 6. ábra (lásd. melléklet) mutata. A elenle kidolozott térinormatikai modell eyik ontos előnye, hoy a konkrétan mért adatok, illetve a számolt adatok - ha adatbázisban tároluk őket - közvetlenül csatlakoztathatóak a térinomatikai modellhez és elhasználhatók a meelenítésnél. A őzhálózat topolóiáának ismeretében, a melévő és a betervezett ú mérőhelyekkel kieészített monitorin rendszert bemutató műszerezési vázlat tekinthető me a 7. ábrán (lásd. melléklet). Az ábrán a zölddel, illetve rózsaszínnel elzett pontokban hőmérséklet-, nyomás-, tömeáram-mérőhelyek, továbbá hőmennyisé számító eyséek és távadók vannak telepítve. A őzhálózat kiteredése elentős, és a PÉTÁV Gőzszoláltató Kt diszpécserközpontától távol esik. A mérési adatok bérelt teleon-vonalakon, illetve GSM alapú adatátviteli rendszeren keresztül kerülnek a PÉTÁV központba. A melévő mérőrendszer kialakításánál a őzszoláltató az elszámolási szempontokat vette iyelembe, íy esetünkben a mérőhelyek száma nem eleendő tervezett identiikációs vizsálatainkhoz. A nayoyasztóknál szűkítőelemes mennyisémérés, a kisoyasztóknál csupán hőmérsékletmérés került mevalósításra. Utóbbiak a kísérleti identiikációt yakorlatila nem beolyásolák, hatásuk elhanyaolható. Az identiikációhoz a őzhálózat csomópontaiban kialakítandó ú mérőhelyeket M betűellel (M1- M5) elöltük. A PÉTÁV diszpécserközpontot (DK) és az intézményünk telephelyén kialakítandó (PTE PMMK Műszaki Inormatika Tanszék, K5 terem) elüyeleti rendszert (FR) kék olttal elöltük. A őzhálózat előzetes vizsálata alapán nyilvánvalóvá vált, hoy a őzhálózat áramlási, hőátviteli viszonyait ellemző modell elállításához (a struktúraidentiikáláshoz, a paraméterbecsléshez) szüksées a modellparamétereket pontosító, úabb, a posteriori ismereteket nyútó aktív kísérletek elvézése. Ez különösen azért indokolt, mert számolnunk kell a vízőz kondenzálódásával, a kétázisú áramlás kialakulásával. A mérőhelyek yakorlati kialakításánál iyelembe kell vennünk a következő szempontokat is: - A vezetékek órészt olyan helyen vannak, villamos eneria nem áll rendelkezésre. Kisoyasztású mérőberendezésekre van szüksé a telepes üzem mevalósításához. A rádiós adatátviteli rendszer oyasztása is minimális lehet az adás szüneteiben. (A elenle használt mérőállomás oyasztása 90W.) Valószínűle szüksées lesz néhány elem eyedi yártása is, hoy a kutatási eladatban kitűzött adatok mérhetők leyenek. - A mérőérzékelő/távadó eyséek ne leyenek eltűnőek és leyenek ellenálók a terepen könnyen elképzelhető esetlees illetéktelen behatolókkal, a ronálásokkal szemben. - A beépítés minél kevesebb üzemállást iényelen, vay nyomás alatt is szerelhető leyen.(ez a követelmény a szűkítőelemes áramlásmérési módszereket eleve kizára).

19 18 A mérési és adatátviteli eladatoknál iyekszünk szabványos meoldásokat választani, vay a lehető letöbb kész meoldást elhasználni. Ahol szükséessé válik, a elesztést modul-szintről indítuk, íy reális időben és költséel létrehozhatók a mérőállomások. (rádió-modul, A/D konverter modul, proramozható számító modul, stb.) Nehéz eladat a mebízható tömeáram-mérés és a vízőz nedvessétartalmának mehatározása. Az áramló köze tömeáramának mérésére a klasszikus Pitot csöves meoldáshoz hasonló elven működő szenzorokat alkalmazunk, melyeket eyedi tervezéssel és kivitelezéssel mevalósított speciális érzékelőkként szereztünk be a különböző csőátmérőkhöz. A mérőtest benyúlik a csőátmérő irányában a teles csőszelvénybe, a mérőtesten több urat van az áramlási iránnyal szemben, ill. arra merőleesen kialakítva. Íy a dinamikus nyomást mérve a csőszelvény különböző pontaiban, a nyomáskülönbsé mérésből következtethetünk a helyi sebessé értékekre, tehát a sebessétér inhomoenitását elentő sebesséeloszlást tuduk mehatározni. A mérőtest néyszö keresztmetszetű, ami csökkenti a a Reynolds-számtól való üést. A speciális érzékelők kalibrálását a PTE PMMK MIT laboratóriumaiban kívánuk meoldani és itt véezzük el az adatátviteli kísérleteket is. Az adott csőszelvényben a sebesséproil, az esetlees hőmérséklet-eyenetlensé kimérését két eymásra merőlees irányban szeretnénk elvéezni, különösen ha a kétázisú áramlás viszonyait kívánuk ellemezni. A kondenzterhelés meállapítására, a alon keresztül a környezetbe vesztesé ormáában távozó átbocsátott hőáram becslésére termokamerával vézett méréseket tervezünk. ad.1.7. Az adatátviteli, adatyűtési-eldolozási lehetőséek számbavétele Az adatátviteli rendszer meválasztása, költsébecslése A mobil szoláltatók közül a T-mobile kiemelt partnereket kezelő csoporta adott csak értékelhető aánlatot épép kapcsolatra. Ennek meelelően GSM szoláltatónak a T-Mobile -t ouk meelölni. Az előizetői szerződés mekötése és a szoláltatások speciikálása eyenlőre nehézkes. A szerződéseket ey évre célszerű mekötni, ellenkező esetben a díak drasztikusan maasabbak. A mérési adatok továbbíthatók GPRS vay GSM DATA ormában. A GPRS maasabb előizetési díat elent, és yakorlatila nincs adatoralmi dí, mivel az alapszoláltatásban olalt adatmennyisé eleendő. Folyamatos üzem esetén valószínűle ez a kedvezőbb meoldás. A GSM DATA előizetés havi día alacsony (750Ft/hó), de az adatoralmazás további költséet elent (45Ft/perc). Az eszközök műszakila mindkét üzemmódot lehetővé teszik. A méréseket a proram szerint csak időszakosan, két hét nyári, két hét téli üzemre tervezzük. A költséek összehasonlítása az alábbi: - GPRS alkalmazásakor öt előizetés és öt IP cím szüksées. Fix IP cím szoláltatás cca ,- Ft/év/cím. A szoláltatást a T-Com a proekt kísérleti elleére tekintettel inyen biztosíta. Üzemszerű alkalmazásnál eyedi meállapodást célszerű kötni a szoláltatóval. - A GSM DATA szoláltatásnál iyelembe vehetük, hoy a terepi eyséek képesek adattárolásra és eleendő 6 óránként 1 min időtartamra bekapcsolni az adatátvitelt. A tervezett rendszerben ez 4x4x1 min-ot, napi 16 min-ot, 0 napra 480 min kommunikációs időt elent. A becsült kommunikációs költséek nem tartalmazzák az eyüttműködő partner melévő rendszeréből származó adatok átviteli költséeit. Üzemelési költséek, díak: Összeköttetés Havi előizetés Éves előizetés Foralmi dí Összesen GPRS 5x400,-Ft ,-Ft ,- Ft GSM DATA 5x750,-Ft 45000,- Ft 480x45,-Ft 66600,-FT A mevalósítás első ázisában tehát a GSM DATA szoláltatást választuk. Az árak változása, vay a mérési proram meváltozása esetén a szoláltatás típusa illeszthető az iényekhez. Az adatátviteli rendszer elvi elépítése, vázlata Az adatátviteli rendszer kialakításánál ey tetszőlees helyen működtethető központi számítóép elérése a cél. A terepi készülékek rádiós rendszerrel kommunikálnak ey olyan ponttal, van kiépített számítóép-hálózat.

20 19 Ha ey ilyen pontra eluttattuk az adatokat, onnét szabványos hálózati protokollok elhasználásával uttatuk őket a központi elüyeleti rendszerbe. Az PTE laboratóriumaiban yakorlatila mindenhol elérhető a számítóéphálózat és ez lehetővé teszi, hoy a területile különböző helyeken lévő laborokban mért adatokat könnyen eluttassuk a központi rendszerre. A tervezett inokommunikációs rendszer vázlatát a 8. ábrán (lásd. melléklet) mutatuk be. A laboratóriumokban lévő eszközök csatolása a rendszerhez oktatási célokat is szolál. Demonstrálni tuduk, hoy ey inhomoén eszközökből álló rendszer interálható, hoyan kapcsolhatók össze ey közös irányítási rendszerbe. A rendszer közös protokollának a LonWorks t, hálózati oldalon a TCP/IP-t tekintük. A LonWorks protokollt támoató céek száma és a yártott eszközök sokélesée menyutató hátteret biztosít. A protokoll ól deiniált, hozzáérhető, és a munkatársaink is meelelően ismerik. A beérkező adatokat Honeywell ipari számítóép modulok oadák és tárolák. A laborokban is a Honeywell modulok csatolák a mérőeszközöket a hálózatra. A LonWorks protokoll használata lehetővé teszi, hoy más yártók készülékei is változtatás nélkül beilleszthetők leyenek a rendszerbe. A elüyeleti rendszer ebben a struktúrában valóban csak elemző, irányító, optimalizáló eladatot lát el. A elüyelő rendszer kikapcsolása nem ár adatvesztéssel, vay a közvetlen irányítási eladatok kiesésével. Az elosztott rendszerben lévő lokális modulok önmaukban is képesek az üzemállapotok rözítésére és szabályozására, csak a hálózat eészének optimalizálása marad el. A rendszer adatainak izikai védelme és a meelelő kutatási körülmények biztosítása érdekében a rendszer központi elemeit külön helyisében építettük el. A rendszer a 8. ábrán látható módon három központi számítóépet tartalmaz. A távadatátviteli központtal közös helyisében kerültek elhelyezésre az oktatási célú számítóépek is. Ezeken meeleníthetők a őzhálózat üzemviteli paraméterei, ill. a PMMK MIT laboraiban létrehozott technolóiák állapotellemzői, továbbá kutatási-elesztési eladatok ellátására is alkalmazhatók. A három központi számítóépből ey ép a működő rendszert elüyeli, másik kettő elesztési eladatokat lát el. A elesztésben elhasználuk a rendelkezésre álló kommunikációs és adatyűtő szotvereket, íy a modellalkotásra és optimalizálásra ordíthatók a rendelkezésre álló erőorrások. Az inokommunikációs rendszer speciikációa A központi elüyeletet és adatyűtési eladatokat ey Windows 000 Proessional operációs rendszer alatt utó számítóép láta el. A elüyeleti szotver maa a Honeywell Enterprise Buildin Interator. Az EBI ey keretrendszer, a elhasználó eloadható időn belül létre tuda hozni a saát rendszerét leíró és meelenítő szotvert. A moduláris elépítés lehetővé teszi, hoy a lekülönbözőbb alkalmazásokhoz iazítsuk a szotvert. A rendszer adatbázisa elérhető más proramok számára is. Ez teszi lehetővé, hoy az identiikációhoz szüksées adatok rendelkezésre állanak és a eldolozó proramokat az adatyűtő proramoktól üetlenül tuduk eleszteni. A kétéle eladat szétválasztása előnyös lesz akkor is, ha a kidolozott identiikációs módszereket más rendszerekre kívánuk adaptálni. A központi oldalon alkalmazott rádiós MODEM-ek közvetlenül, kommunikáció vezérlő nélkül is csatolhatók a számítóépre. Gyakorlati tapasztalatok alapán tuduk csak meválaszolni, hoy a kommunikációs vezérlőre, mint központi épet tehermentesítő eszközre szüksé van-e (a kommunikáció elentős erőorrás iényű, és sok processzor-időt olalhat le), vay eyszerűsíthető a rendszervázlaton eltüntetett topolóia. A terepen alkalmazott eszközök Honeywell XL-50 Controller Jellemzői: max. 10VA telesítményelvétel; 8 analó bemenet, 1 bit elbontással; 4 analó kimenet, 1 bit elbontással; 4 diitális bemenet; 6 diitális kimenet. A készülék viszonyla olcsó. Olcsóbb, mint a szokásos ipari 8 csatornás analó/diital átalakítók, annak ellenére, hoy ez szabályozási eladatokat is el tud látni. A mérési és szabályozási eladatokat ellátó proramok az EXCEL-5000 család CARE elesztő eszközeivel írhatók me. Ezek az eszközök tanszékünkön rendelkezésre állnak. Az elkészült, leordított proramokat hordozható számítóépekről lehet a controllerbe áttölteni. Az XL-50 controller elláta az analó/diitál átalakítási eladatokat, vezérli a kommunikációt, és lealább 100 mérési sorozat adatainak tárolására képes a helyszínen. Az adatok akkor is memaradnak, ha az adatátviteli rendszer valamilyen okból nem üzemelne.