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FLUIDCAL


Software FLUIDCAL zur Berechnung von thermodynamischen Eigenschaften für eine große Anzahl von Stoffen

Zur Berechnung von Werten thermodynamischer Eigenschaften aus Zustandsgleichungen (in der heute üblichen Form als Fundamentalgleichung der freien Energie) für wissenschaftliche und technische Anwendungen steht das Programmmodul FLUIDCAL zur Verfügung. Es ermöglicht für mehr als 60 Stoffe die Berechnung von 20 thermodynamischen Zustandsgrößen und für eine Reihe von Stoffen (siehe die Aufstellung weiter unten) auch die Berechnung der wichtigsten Transportgrößen. Als Eingangsgrößen der Berechnungen können dabei alle Kombinationen der Größen Temperatur T, Druck p, Dichte ρ, spezifische Enthalpie h und spezifische Entropie s verwendet werden.

 

Im Programmmodul FLUIDCAL enthaltene Stoffe

Um eine möglichst große Anzahl an Stoffen anzubieten, ist das Programmmodul FLUIDCAL neben den am Lehrstuhl für Thermodynamik der Ruhr-Universität Bochum (Prof. Dr.-Ing. W. Wagner) entwickelten Zustandsgleichungen auch mit veröffentlichten und als Referenz eingestuften Gleichungen anderer Autoren erhältlich.

Die Qualität dieser zusätzlichen Gleichungen wurde geprüft. Die verfügbaren Stoffe finden Sie hier.

 

Berechenbare Zustandsgrößen

T Temperatur
p Druck
ρ Dichte
h spezifische Enthalpie
s spezifische Entropie
cp isobare Wärmekapazität
cv isochore Wärmekapazität
w Schallgeschwindigkeit
u spezifische innere Energie
f spezifische freie Energie
g spezifische freie Enthalpie
f* Fugazität
(∂p/∂T)ρ partielle Ableitung des Druckes nach der Temperatur bei konstanter Dichte
(∂p/∂ρ)T partielle Ableitung des Druckes nach der Dichte bei konstanter Temperatur
(∂ρ/∂T)p partielle Ableitung der Dichte nach der Temperatur bei konstantem Druck
μ Joule-Thomson Koeffizient
δT isothermer Drosselkoeffizient
κ Isentropenexponent
B zweiter Virialkoeffizient
C dritter Virialkoeffizient
η dynamische Viskosität+
ν kinematische Viskosität+
λ Wärmeleitfähigkeit++

+ Nur für die Stoffe mit Funktionen zur Berechnung der dynamischen und kinematischen Viskosität.

++ Nur für die Stoffe mit Funktionen zur Berechnung der dynamischen und kinematischen Viskosität sowie für die Wärmeleitfähigkeit und die Prandtl Zahl.

 

Eingangsgrößen für die Berechnung

Fundamentalgleichungen der freien Energie verwenden üblicherweise die Temperatur T und die Dichte ρ als Eingangsgrößen der Berechnung. Da für technische Berechnungen jedoch meistens andere Eingangsgrößen vorliegen, enthält das Programmmodul FLUIDCAL Iterationsroutinen, mit denen für die Eingangsgrößenkombinationen (T,p), (T,h), (T,s), (p,ρ), (ρ,h), (ρ,s), (p,h), (p,s) sowie (h,s) sowohl im homogenen Zustandsgebiet als auch im Zweiphasengebiet die jeweils fehlenden Werte für die Größen Temperatur T und Dichte ρ sicher iteriert werden können.

Für die wichtigsten Eingangsgrößenkombinationen (T,p) und (T,ρ) stehen zur Berechnung aller oben aufgelisteten Zustandsgrößen direkt entsprechende Funktionen zur Verfügung. Zur Vermeidung eines unübersichtlich großen Funktionsumfangs existieren für die anderen Kombinationen der Eingangsgrößen jeweils Funktionen zur Iteration von T und ρ. In Verbindung mit diesen Iterationsfunktionen können für alle oben aufgeführten Eingangsgrößenkombinationen die entsprechenden Zustandsgrößen berechnet werden. Im Zweiphasengebiet werden dabei für alle in diesem Bereich definierten Zustandsgrößen die Werte für den stabilen zweiphasigen Zustand ausgegeben.

Zur Berechnung von Zustandsgrößen auf der Phasengrenze flüssig - gasförmig können als Eingangsgrößen die Temperatur, der Druck oder die Dichte verwendet werden. Für die wichtigsten thermodynamischen Zustandsgrößen stehen für die Siede- und Taulinie direkt Funktionen in Abhängigkeit von der Temperatur zur Verfügung. Alle anderen Größen können durch Kombination der Berechnung der Siede- bzw. Taudichte mit der entsprechenden Funktion für die Eingangsgrößen Temperatur und Dichte berechnet werden. Liegt als Eingangsgröße der Dampfdruck vor, kann mit entsprechenden Funktionen zunächst die Siedetemperatur sowie die Siede- und Taudichte berechnet werden. Mit diesen Größen ist wiederum unter Verwendung der Funktionen für die Eingangsgrößen Temperatur und Dichte die Berechnung aller Zustandsgrößen auf der Siede- und Taulinie möglich. Analog dazu kann für gegebene Werte der Siede- oder Taudichte zunächst die Siedetemperatur berechnet werden, die zusammen mit der gegebenen Dichte die Berechnung der anderen Zustandsgrößen ermöglicht.

 

FLUIDCAL ist in zwei Versionen erhältlich:

 

Das Programm FLUIDCAL (DLL) zur Berechnung thermodynamischer ZustandsgrößenZur Einbindung von Fundamentalgleichungen in benutzerspezifische Anwendungen enthält das Programm FLUIDCAL eine Dynamic Link Library (DLL). Die DLL enthält mehr als 60 Funktionen, die die Berechnung aller weiter oben aufgelisteten Zustandsgrößen im homogenen Zustandsgebiet, im Zweiphasengebiet (falls thermodynamisch sinnvoll) sowie entlang der Siede- und Taulinie für alle Kombinationen der Eingangsgrößen T, p, ρ, h und s erlauben. Der Aufruf erfolgt über einfache Funktionsnamen, die Angaben über die zu berechnenden Größen und die Eingangsgrößen enthalten. So steht zum Beispiel zur Berechnung der Dichte ρ für gegebene Werte der Temperatur T und des Druckes p die Funktion DOTP zur Verfügung.

Zusätzlich zur DLL wird mit dem Grundpaket eine Add-In-Datei mitgeliefert, die die einfache Einbindung der DLL unter Microsoft Excel und Visual Basic ermöglicht. Wie im folgenden Bild am Beispiel der Funktion HOTP(T,p,SUBNR) zur Berechnung der Enthalpie für gegebene Werte der Temperatur und des Druckes gezeigt, können mit diesem Add-In die benötigten Zustandsgrößen unter Excel direkt durch Aufruf des entsprechenden Funktionsnamens berechnet werden. Zusätzlich zu den Eingangsgrößen T und p muss eine Substanznummer übergeben werden (in diesem Fall steht die Substanznummer 1 für den Stoff Methan).

Eine ebenfalls im Paket enthaltene .LIB Datei bietet darüber hinaus Möglichkeiten zur einfachen Einbindung der DLL in einen benutzerspezifischen Fortran oder C Source Code.

Alle Funktionen, die aus der DLL aufgerufen werden können, sind in einer Beschreibung der Software (MANUAL.PDF) ausführlich dokumentiert.

Aufruf von Funktionnen aus einer DLL mit einem Add-Inn für Excel für das Programm FLUIDCAL

Das Programm FLUIDCAL ist für jeden der oben aufgelisteten Stoffe in beliebigen Kombinationen für eine frei wählbare Anzahl von Stoffen verfügbar.

Die Software FLUIDCAL ist nicht kostenlos. Für Anfragen wenden Sie sich bitte an uns.



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