After successful modelling and test

After successful modelling and testing of components (heater and economizers) the helium loop including piping, mixer, valves, test section and control mechanisms (pressure, flow rate and temperature control) is modelled to be able to operate the loop dynamic.
Fig. 4.1 shows the modeled helium loop, in which piping size and piping nodalization are given. The study focuses on the thermal behavior of the loop in which the heater, the economizer, the loop piping system and valves are modeled. However the circulator is replaced by imposing pressure and temperature boundary conditions at the corresponding inlet and outlet pipes. The heater model in section 2 and the economizer model described in section 3 are applied in the helium loop. Various control mechanisms are implemented to control different loop parameters: in Bypass I the valve VC-002 controls the mass flow rate through the test module; for the test module temperature the power in the heater is adjusted and, in the case that the power is zero but the temperature is higher than required, the valve VC-003 in Bypass III will intervene; the valve VC-001 in Bypass II controls the temperature level at the inlet of the economizer keeping it below 150 °C (Tref). For the present simulation it is assumed that the test module is thermally inert (no heat source) and it has only a defined pressure loss. For this reason the test module is replaced by a control valve in the simulation. The pressure at the test module (valve) inlet is set to 10 MPa and the temperature set-point is chosen to be 800 °C. The mass flow rate through the test section is set to 200 g/s.
Two scenarios are analysed. In the first scenario the heater is modeled without the helium gap (nisohxheat800m200g_noHegap.i), while in the second scenario a helium gap is modeled as a heat structure of the heater (nisohxheat800m200g.i). In the scenario without the He gap, more heat is transported from the hot to the cold helium flow than in the scenario with the gap; as a result the outlet temperature of the heater cold leg is higher by 37.5 °C (284.3 °C vs. 246.8 °C as indicated at T-002 in Fig. 4.1). Simultaneously more heater power is need in the first scenario than that in the second to obtain the required 800 °C at the inlet of the test section (T-006). Fig. 4.2 shows the evolution of the heater power in the two cases as well as the effective power and the power transferred into the cooling stream. Without the helium gap the power limit of 200 kW is hit during the transient and at the steady state a power increase of 21.7 kW is needed. In both scenarios the valve in Bypass II is fully open because of the control temperature Tref and the temperature result at T-015 exceeds Tref. The more power is inserted at the level of the heater, the more will the temperature at T-015 increase generating an unwanted cascade effect. Fig. 4.3 shows the transient behavior of the temperature at the test section inlet. It goes to steady state quicker in the scenarios wit helium gap than it without the helium gap due to the power efficiency. Concerning the thermal time constant, which is a defined time when 63% of the temperature increment is reached, it is about 9 s longer for the scenario without the helium gap than it with the helium gap. This difference is not significant.

Results (German) 1:

Nach dem erfolgreichen Modellierung und Testen der Komponenten (Heizung und Economizers) das Helium loop einschließlich Rohrleitungen, Mischer, Ventile, Test-Abschnitt und Kontrollmechanismen (Druck, Flow Rate und Temperatur-Control) orientiert um die Schleife dynamische betreiben zu können.Abb. 4.1 zeigt die modellierten Helium-Schleife, in der Rohrverlegung Größe und Rohrleitungen Nodalization gegeben sind. Die Studie konzentriert sich auf das thermische Verhalten der Schleife, in dem die Heizung, die Economiser, die Schleife Rohrleitungssystem und Ventile modelliert werden. Jedoch ist der Thermostat durch imposante Druck und Temperatur-Randbedingungen am entsprechenden Eingang und Ausgang Rohre ersetzt. Die Heizung in Abschnitt 2 und dem in Abschnitt 3 beschriebenen Economiser-Modell gelten in der Helium-Schleife. Verschiedene Kontrollmechanismen werden implementiert, um verschiedene Schleife Parameter steuern: im Bypass steuert ich das Ventil VC-002 der Massendurchsatz über den Testmodul; für die Temperatur-Modul wird angepasst, die Macht in die Heizung und den Fall, dass die Kraft NULL gleich, aber die Temperatur höher als erforderlich ist, wird das Ventil VC-003 im Bypass III einzugreifen; das Ventil VC-001 im Bypass II steuert die Temperatur am Eintritt des den Economiser unter 150 ° C (Tref) zu halten. Für die vorliegende Simulation ist davon auszugehen, dass das Testmodul thermisch träge ist (keine Wärmequelle) und es hat nur einen definierten Druckverlust. Aus diesem Grund wird das Testmodul durch ein Regelventil in der Simulation ersetzt. Der Druck am Einlaß Test Modul (Ventil) auf 10 MPa und der Temperatur-Sollwert wird gewählt, um 800 ° C. Der Massendurchsatz über den Test-Bereich wird auf 200 g/s festgelegt.Two scenarios are analysed. In the first scenario the heater is modeled without the helium gap (nisohxheat800m200g_noHegap.i), while in the second scenario a helium gap is modeled as a heat structure of the heater (nisohxheat800m200g.i). In the scenario without the He gap, more heat is transported from the hot to the cold helium flow than in the scenario with the gap; as a result the outlet temperature of the heater cold leg is higher by 37.5 °C (284.3 °C vs. 246.8 °C as indicated at T-002 in Fig. 4.1). Simultaneously more heater power is need in the first scenario than that in the second to obtain the required 800 °C at the inlet of the test section (T-006). Fig. 4.2 shows the evolution of the heater power in the two cases as well as the effective power and the power transferred into the cooling stream. Without the helium gap the power limit of 200 kW is hit during the transient and at the steady state a power increase of 21.7 kW is needed. In both scenarios the valve in Bypass II is fully open because of the control temperature Tref and the temperature result at T-015 exceeds Tref. The more power is inserted at the level of the heater, the more will the temperature at T-015 increase generating an unwanted cascade effect. Fig. 4.3 shows the transient behavior of the temperature at the test section inlet. It goes to steady state quicker in the scenarios wit helium gap than it without the helium gap due to the power efficiency. Concerning the thermal time constant, which is a defined time when 63% of the temperature increment is reached, it is about 9 s longer for the scenario without the helium gap than it with the helium gap. This difference is not significant.

Results (German) 2:

Nach der erfolgreichen Modellierung und Testen von Komponenten (Heizung und Economizer) der Helium Schleife, Rohrleitungen, Mischer, Ventile, Messstrecke und Kontrollmechanismen (Druck, Durchfluss und Temperaturregelung) modelliert wird dynamisch die Schleife zu betreiben zu können.
Abb. 4.1 zeigt die modellierte Helium Schleife, in der Rohrgröße und Rohrleitungen Nodalisierung gegeben sind. Die Untersuchung konzentriert sich auf das thermische Verhalten der Schleife, in der der Heizer, der Ekonomiser, der Schleifenrohrleitungssystem und Ventile modelliert. Allerdings ist der Thermostat durch die Festlegung von Druck- und Temperaturrandbedingungen an die entsprechenden Zu- und Ableitungen ersetzt. Die Heizung Modell in Abschnitt 2 und dem Economizer Modell in Abschnitt 3 beschrieben werden in der Helium-Schleife angelegt. Verschiedene Kontrollmechanismen implementiert sind auf unterschiedliche Reglerparameter steuern: in Bypass ich das Ventil VC-002 den Massendurchsatz durch das Testmodul steuert; für das Testmodultemperatur wird die Leistung in der Heizvorrichtung eingestellt und in dem Fall, dass die Leistung Null, aber die Temperatur ist höher als erforderlich ist, wird das Ventil eingreifen VC-003 in Bypass III; das Ventil VC-001 in Bypass II steuert die Temperaturniveau am Einlaß des Ekonomisers es unter 150 ° C (Tref) zu halten. Für die vorliegende Simulation wird angenommen, dass das Testmodul thermisch inert ist (keine Wärmequelle) und es hat nur einen Druckverlust definiert. Aus diesem Grund wird das Testmodul durch ein Regelventil in der Simulation ersetzt. Der Druck am Testmodul (valve) Einlaß wird auf 10 MPa und die Temperatur-Sollwert gewählt wird 800 ° C zu sein. Die Massenströmungsrate durch den Testabschnitt ist auf 200 g / s.
Zwei Szenarien analysiert. Im ersten Fall wird das Heizgerät ohne Helium Spalt (nisohxheat800m200g_noHegap.i) modelliert, während im zweiten Fall ein Helium Spalt als Wärme Struktur der Heizeinrichtung (nisohxheat800m200g.i) modelliert wird. In dem Szenario ohne die Er Lücke wird mehr Wärme von der heißen zur kalten Heliumstrom transportiert als im Szenario mit der Lücke; als Ergebnis ist die Ausgangstemperatur der Heizvorrichtung kalten Strang höher um 37,5 ° C (284,3 ° C vs. 246,8 ° C, wie bei T-002 in Fig. 4.1). Gleichzeitig mehr Heizleistung in der zweiten in dem ersten Szenario als müssen die erforderlichen 800 ° C am Einlaß des Testabschnitts (T-006) zu erhalten. Feige. 4.2 zeigt die Entwicklung der Heizleistung in den zwei Fällen sowie der Wirkleistung und der Leistung in den Kühlstrom übertragen. Ohne die Helium Lücke wird die Leistungsgrenze von 200 kW während der Übergangs getroffen und im stationären Zustand eine Mehrleistung von 21,7 kW benötigt. In beiden Fällen ist das Ventil in Bypass II vollständig geöffnet, weil der Steuertemperatur Tref und die Temperatur Ergebnis bei T-015 Tref übersteigt. Je mehr Leistung auf dem Niveau der Heizvorrichtung eingeführt wird, desto mehr wird die Temperatur auf T-015 Steigerung Erzeugung eines unerwünschten Kaskadeneffekt. Feige. 4.3 zeigt das Übergangsverhalten von der Temperatur, bei der Teststrecke Einlass. Es geht um zu stabilen Zustand schneller in den Szenarien Witz Helium Lücke als es ohne die Helium Lücke aufgrund der Energieeffizienz. In Bezug auf die thermische Zeitkonstante, die eine definierte Zeit ist, wenn 63% des Temperaturstufe erreicht ist, ist es etwa 9 s länger für das Szenario ohne Helium Lücke als es mit dem Helium Lücke. Dieser Unterschied ist nicht signifikant.