Voorspelling van de prestaties van een Closed Cycle Dieselmotor, Simulatie van het Systeemevenwicht in de Gascyclus + Resultaten-Bijlagen

Voorspelling van de Prestaties

van een Closed Cycle Dieselmotor,

Simulatie van het Systeemevenwicht in de Gascyclus

M.G.J. Schasfoort

Rapport 0.E.M.0 92.14

RDM

Rotterdam, 21 december 1992

.CCHNn

CONFIDENTIEEL de Rotterdernsche Droogdok Maatschappiji piscine 2

CONFIDENTIEEL

De in dit rapport gegeven beschrijving van het Closed Cycle Dieselmotor-systeem, de vermelde specificaties man, en de gegevens uit metingen en simulaties, vertegen-woordigen eon commercieel belang voor de bij de ontwikkeling van het systeem betrokken bedrijven. Om deze radon is de inhoud van dit rapport confidentieel. Het gebruik, de verspreiding, vermenigvuldiging of het op enigerlei wijze openbaar maken van de inhoud, geheel en/of gedeeltelijk, mag niet geschieden tenzij met .de schriftelijke toestemming van de Rotterdamsche Droogdok Maatschappij.

CONFIDENTIEEL de Rotterdamsche Droogdok Maatscheppij b.v. pegina 3

Samenvatting

De gascyclus in het Closed Cycle Dieselmotorsysteem betreft dat gedeelte van het systeem waarin een behandeling pleats vindt van de door de motor uitgelaten gassen, die het mogelijk maakt dat doze weer als inlaatgassen aan de motor kunnen worden

toegevoerd.

In stationaire toestand geldt dat de productie van verbrandingsprodukten in evenwicht moot zijn met de absorbtie ervan in zeewater. Het evenwicht stelt zich in bij een bepaalde druk en gassamenstelling en is afhankelijk van een sant& parameters. Allereerst is in dit rapport de gevoeligheid van het systeemevenwicht _{voor bepaalde}

parameters bestudeerd.

Hierna is onderzocht welke toestand er zal heersen in een CCD-systeem onder hoge druk waarmee 450 kW generatorvermogen moot kunnen worden geleverd. De optre-dende verschijnselen zijn getoetst aan criteria voor piekdruk en eindcompressietempera-tuur.

Eon alternatief voor de hoge-druk-motor is eon systeem waarbij de absorber _{op druk} wordt gebracht door een compressor. Het systeem met compressor is vergeleken de hoge-druk-motor waarbij is uitgegaan van een gelijke mechanische belasting _{van de} motor.

Enige conclusies volgend uit de parametervariaties zijn:

Eon lage temperatuur van het ingenomen water heeft eon zeer gunstige invloed op de druk in het systeem.

Het vergroten van de waterstroom door de absorber leidt tot eon zeer beperkte verlaging van de druk in het systeem.

De belangrijkste conclusies van de simulatie van de hoge-druk-motor zijn:

Spraykoeling in combinatie met het openen van de bypass leidt tot een grote concentratie water in het inlaatgas. Ook moot rekening gehouden worden met een verhoogde systeemdruk en eon verhoogd argonverbruik.

De drukstijging in het systeem als gevolg van het openen van de bypass is onver-wacht goring.

In het hoge-druk-systeem krijgt men to maken met tegenstrijdige _{Olsen, omtrend} piekdruk, eindcompressietemperatuur.

Een verlaging van de piekdruk door een verlaging van de systeemdruk zal voor een 450 kW systeem moeilijk to realiseren zijn.

De belangrijkste conclusie voor wet betreft het systeem met compressor is:

- _{Het model voorspelt dat ten opzichte van de hoge-druk-motor weinig verschil in}

prestaties bestaat.

Conclusies omtrent de modelvorming zijn onder moor:

- _{het gebruikte model beschrijft het systeemevenwicht voor de lage-druk-motor zeer}

good. Bij de berekening van het motorvermogen worden enige empirische _relaties gebruikt. Doze beinvloeden de nauwkeurigheid van de voorspelling van het vermo-gen voor de hoge-druk-motor.

-CONF1DENTIEEL de Rotterdameche Droogdok Maatschappij b.v. pagina 4

Ms aanbevelingen worden voor de hoge-druk-motor gedaan:

- Om de hoge concentratie water aan de motorinlaat to voorkomen kan een koeler worden opgenomen in de bypass.

Een verhoging van de eindcompressietemperatuur ken wellicht bereikt worden met het direct bypassen van ongekoelde uitlaatgassen near de zuurstofmengkamer. Tenslotte een aanbeveling met betrekking tot het model:

Voorwoord

Dit verslag is geschreven in het kader van mijn afstuderen als werktuigbouwkundig ingenieur aan de Technische Universiteit Delft.

Het afstudeerwerk is een vervolg op de vierdejaarsopdracht waarbij een simulatiemodel van de gascyclus van een Closed Cycle Dieselmotor was opgezet. De werkzaamheden die voor dit afstuderen zijn uitgevoerd kan men onder drie noemers samenvatten:

het verbeteren van het kwantitatieve gedrag van het CCD-model dat was opge-bouwd bij het vierdejaarswerk.

het uitvoeren van parametervariaties om de gevoeligheid van het

systeemeven-wicht voor bepaalde parameters te vinden.

het uitvoeren van simulaties voor twee alternatieve configuraties van het

CCD-systeem: ten eerste het hoge-druk-systeem en ten tweede het systeem met een

door een compressor op druk gebrachte absorber.

De opzet van dit afstudeerverslag is zo gekozen dat het onafhankelijk van het vierde-jaarsverslag gelezen kan worden. Daartoe wordt in hoofdstuk 2 een introductie gegeven

over de werking van het CCD-systeem die grotendeels is overgenomen uit het vierde-jaarswerk. Lezers die bekend zijn met dit work kunnen daarom hoof stuk _{2 overslaan.} Zowel de vierdejaarsopdracht als het afstudeerwerk zijn uitgevoerd voor en grotendeels bij de Rotterdamsche Droogdok Maatschappij, afdeling Ontwerp en Ontwikkeling

Marinebouw. Het programmeren en simuleren is gedaan met het pakket MatrixX op. workstations van de vakgroep 0.E.M.O.

Graag wit ik op deze pleats prof. in. J. Klein Woud en ir. R.M. Boogaart bedanken voor hun sturing en begeleiding bij de uitvoering van beide opdrachten. Mijn dank gaat ook uit naar diegenen tijd hebben vrijgemaakt voor het beantwoorden van mijn vragen: prof. dr. ir. J. de Graauw voor zijn adviezen over de modelvorming van de absorber, ir. J.L. van Herwerden voor zijn assistentie bij het gebruik van MatrixX en ir. J. de Wilde voor zijn hulp bij het gebruik van de computerapparatuur.

M.G.J. Schasfoort Rotterdam, 21 december 1992

CONFIDENTIEEL de Rotterdameche Droogdok Maatechappij bm. pagina 5

-lnhoudsopgave

tamenvattingc VOorwoordl z:

Beschrijving van het Closed 'Cycle Diesel-systeem

,...

. . 1 0

2.1 Opbouw van de gaskringloop van het CCD-systeem . 10

2.2 Invloed van druk en samenstelling van het circulerend igasmengsel op de, working van het CCD-systeem

2.2.1 ,Invloedsgrootheden op de working van de absorber, massa-evenwicht

tussen motor en absorber

... ..._

... ...

₁₁

2.2.2 lInvloedsgrootheden op de werking van de motor

...

. 12

2.3 _{Beoordelingscriteria bij toepassing van de CCD in eon onderzeeer}

Modelvorming van het CCD-systeem

- . -...

₁₄

3.11 _{Ilnleiding over de modelvorming van het CCD-systeem 14}

3.2

Gaswisselingsmodel voor de motor

..,...

. _ .

-

_...

₁₅ 3.3 Berekening van het motorvermogen

...

_{..-... -}

₁₅

3.4 Model voor de absorber

....

_18,

3.4.1 Inleidende beschrijving van !de working van de absorber ₁₁₈

3.4.2

Beschrijving stofoverdracht

- ... -

-

... 19

3.5 teidingen- en vatenmodel, regeling van gaseigenschappen

-

. 21

3.6 Submodellen welke niet permanent in het hoofdmodel zijn opgenornen - 23

3.6.1 Lekstroom langs zuigerveren

... , ...

. 23 3.6.2 Compressor voor het op druk brengen van de absorber

_...,

,..

₂₃

3.7 Matching van het model met meetresultaten ₂₄

3.7.1 _{Uitgangspunten bij het matchen van het systeem}

_,...

_{. ,.,}

₂₄

3.7.2 iMatchen van het systeemevenwicht .4 25

3.7.3 _{Matchen van het motorproces en -vermogen bijrgegeven}

systeemeven-wicht

...

. {.! 26

4_ _{Simulatieresultaten acht cilinder lage-druk-motor}

_{_}

₂₉ 4.1 _{Toelichting bilpresentatie simulatieresultaten}

... ... ,...

₂₉

4.2 _{Validatie van het model: variatie van de brandstoftoevoer voor het model met}

ilekstroom langs zuiger ₃₀

4.3 Simulatieresultaten model met geregelde argontoevoer

_

. 31

4.3.1 Variatie van de brandstoftoevoer ₃₁

4.3.2 _{Variatie van de brandstoftoevoer biLgewijzigde linstelling van de}

gamma-waarde ₃₃

4.3.3 Variatie van het ingestelde zuurstofpercentage van het _{gas - 33}

4.3.4

Variatie van de instelling voor de gammawaarde van hetgas in, de cilinder 34

4.3.5 Variatie van de doorstromingsweerstand in de motor ₃₄

4.3.6 Variatie van de waterflow door de absorber ₃₅

4.3.7 Variatie van de drukval over het systeem

4.3.8 Variatie van de temperatuur van het ingenomen water .,. . _ . . 36 4.3.9 Variatie van de saliniteit

CONFIDENTIEEL de Rotterdemsche Droogdok Meatschappij _{mine 6}

1. Inleiding .1 'y al 8 3 5 11 13 36 39 b.v.

Bijlagen VIII t/m XXVI gebonden in apart boekwerk

CONFIDENTIEEL de Rotterdemsche Droogdok Meetschappij b.v. pegine 7

5. Simulate van de twaalf cilinder hoge-druk-motor 4.0

5.1 _{Uitvoering van een CCD-systeenn onder hoge druk, modelaanpassingen} . . . 40

5.2 Grootheden van interesse bij de beoordeling van HD-simulatieresultaten . . . 41

5.3 Simulatie van de HD-motor, bespreking van een systeemevenwicht 42 5.4 Verlaging van de ingestelde gammawaarde bij de HD-motor 43

5.5 Variatie van de volumestroom door de bypass, afvoergassenkoeling met een

waterspray 43

5.6 Variatie van de volumestroom door de bypass, opname van een

warmtewis-selaar in de bypass 44

5.7 Voorbeeldsimulatie 45

5.8 Conclusies en aanbevelingen HD-motor 45

6. Simulatieresultaten twaalf cilinder motor met door compressor op druk

gebrachte absorber 47

6.1 Instellen parameters model met compressor 47

6.1.1 Matchparameters model met compressor 47

6.1.2 Uitgangspunten voor het matchen van het compressormodel ₄₈ 6.2 Vergelijking van de HD-motor met het systeem met compressor 48

6.3 Conclusies vergelijking systeem met compressor en hoge-druk-systeem . 49

7. _{Conclusies 50}

7.1 Conlusies uit de parametervariaties ₅₀

7.2 Conclusies hoge-druk-systeem 51

7.3 _{Conclusies CCD-systeem met compressor om absorber op druk to brengen 52}

7.4 Conclusies betreffende de modelvorming ₅₂

8. Aanbevelingen 53

8.1 Aanbevelingen voor het hoge-druk-systeem 53

8.2 Aanbevelingen modelvorming ₅₃

Literatuurlijst ₅₄

Bijlage I: Lijst van symbolen gebruikt in de tekst van het verslag 56

Bijlage II: _{Aannames gedaan bij de modelvorming van het CCD-systeem 58}

Bijlage III: Meetresultaten proef stand ₆₀

Bijlage IV: Vergelijkingen compressormodel 61

Bijlage V: Nominale waarden van gebruikte parameters ₆₂

Bijlage VI: Relatie tussen systeemdruk en de ingestelde argon- en

zuurstof-concentraties ₆₃

Bijlage VII: Invloed van de inlaatdruk op het motorvermogen ₆₄

. ... . . . .

... .

. .

... .

. . .

. ...,...

...

.

. ...

. . . .

1.inleiding

Bij de Rotterdamsche Droogdok Maatschappij wordt eon Closed Cycle Dieselmotor ontwikkeld ten behoove van buitenlucht-onafhankelijke energievoorziening in onderzee-ors. De installatie bestaat uit eon diesel-generatorset met gekoppeld aan de motor _eon

.gasbehandelingssysteem.

In dit gasbehandelingssysteem ',Norden de uitlaatgassen van de dieselmotor allereerst gekoeld. Vervolgens worden de verbrandingsproducten eruit gehaald; dit gebeurt _door daze in een absorber op to lossen in water. Hierna wordt door toevoeging van zuurstof en argon de gassamenstelling geschikt gemaakt voor gebruik in de dieselmotor. Het

volledige proces van verbranding, koeling, reiniging en toevoer van zuurstof en argon heet de gascyclus van de Closed Cycle Diese'motor.,

In stationaire toestand bestaat or tussen de motor en de absorbereon

massa-even-wicht: de in de motor aan het gas toegevoerde stroom verbrandingsproducten is gelijk aan de afvoer ervan in de absorber.

De effectiviteit van de reiniging van de uitlaatgassen is afhankelijk van verschillende invloedsgrootheden, waaronder de gasdruk in het systeem, de gassamenstelling _{en de} grootte van de gasstroom, etc. Ook de motor als onderdeel van de gascyclus oefent invloed uit op doze grootheden. Het resultaat van het massa-evenwicht tussen motor en absorber is derhalve een bepaalde toestand in het systeem.

Het eerste doe! van dit rapport betreft het doen van eon onderzoek naar de afhankelijk-heid van de toestand in het systeem van verschillende invloedsgrootheden. _Het

onderzoek gebeurt door middel van simulatie van het systeemevenwicht in de gascy-clus. Er worden parametervariaties van de verschillende invloedsgrootheden uitgevoerd.; De Closed Cycle Dieselmotor is geschikt voor toepassing in de praktijk wanneer or eon

generatorvermogen van 450 kW moo geleverd kan worden. Om dit to bereiken wordt op de RDM momenteel eon CCD-installatie gebouwd waarbij motor en absorber werken onder eon druk van 4 A 5 bar absoluut. Zowel ten behoove van de opbouw, alsook het testdraaien van de installatie onder hoge druk is het inuttigi vooraf inzicht te hebben in de verschijnselen die kunnen optreden in het systeem.

Het tweede deal van dit rapport is derhalve het simuleren van het systeemevenwicht voor de CCD-installatie onder hoge druk. Door het gevonden systeemevenwicht _to toetsen aan criteria kunnen aandachtspunten 'bij de ontwikkeling, _{van het hoge-drukz} systeem geformuleerd worden..

Bij de keuze voor de hoge-druk-installatie als methode om met eon Closed Cycle Dieselmotor 450 kW vermogen to kunnen leveren, heeft de geringe systeemcomplext-teit van eon dergelijke installatie eon belangrijke rol gespeeld. Graag wil men over

kwalitatieve gegevens beschikken waaruit blijkt in hoeverre ook _{qua rendement de} hoge-druk-motor eon gunstig alternatief is.

Het laatste doel in dit rapport is derhalve eon vergelijking van de hoge-druk-motor met eon belangrijk alternatief: het CCD-systeeth, waarin de absorber op druk gebracht wordt

door eon compressor.,,

Met doze drib doelen voor ogen is dit verslag als volgt opgebouwth

In hoofdstuk 2 wordt kort de functie besproken van de verschiliende onderdelen in de gascyclus van de ,Closed Cycle Dieselmotor. Er wordt aangegeven wat de

invloeds-CONFIDENTIEEL de Rotterdamsche Droogdok Maatachappij b.v. angina 8

grootheden zijn op de working van motor en absorber en or wordt uitgelegd hoe het systeemevenwicht zich instelt.

In hoofdstuk 3 wordt het gebruikte model besproken. Dit model is opgesteld is in het kader van de vierdejaarsopdracht. In het hoofdstuk komen de achtergronden bij _de modelvorming van de belangrijkste deelsystemen ter sprake. De mathematische _relaties zelf zijn hier alleen maar gegeven voor zover ze afwijken van de beschrijving in het vierdejaarswerk. Wel wordt uitgebreid besproken op welke manier de uitkomsten van

het theoretische model in overeenstemming zijn gebracht met meetresultaten van de proefstand: de matching van het model.

In hoofdstuk 4 wordt allereerst een modelvalidatie gedaan. Vervolgens worden de parametervariaties uitgevoerd waarmee eon kwalitatief inzicht wordt verkregen _{in de} afhankelijkheden van het systeemevenwicht.

In hoofdstuk 5 worth de hoge-druk-motor gesimuleerd en worden de resultaten getoetst aan de gestelde criteria.

In hoofdstuk 6 wordt een CCD-systeem met _{compressor gesimuleerd. Resultaten} worden vergeleken met de hoge-druk-motor.

In hoofdstuk 7 zijn de conclusies to vinden, in hoofdstuk 8 tenslotte de aanbevelingen. Een uitgebreide grafische presentatie van simulatieresultaten is to vinden in de bijlagen VIII tot en met XXVI, welke apart zijn ingebonden. Enkele van de in doze bijlagen gepresenteerde grafieken worden voor elke afzonderlijke simulatie apart afgedrukt in een figuur, die to vinden is bij de resultatenbespreking.

CH_{n m} MOTOR

dSPRAYKOELING

1 H20

figuur 1: Schema CCD-systeem

4-.--7----1 ABSORBER

C)

watir noyernen41 woterinvoer woterafvoer

gascyclus

_watercyclus

I

2. 'Bischrijvinit Van het Closed Cycle Diesel-systeem,

Bij de Rotterdamsche Droogdok Maatschappij wordt een Closed Cycle Dieselmotor ontwikkeld met als doel in eon onderzeeer electrische energie op te wekken zonder gebruik te maken van buitenlucht. Met de CCD-installatie wordt de onderwaterverblijf-tijd van eon onderzeeer vergroot omdat de installatie, inclusief opslagtanks, eenihogerw energiedichtheid heeft dan conventionele accu's.

De opbouw van het CCD-systeem is schematisch weergegeven in figuur 1. In de figuur zien we de gascyclus en de watercyclus. In de gascyclus heeft de behandeling van de afvoergassen pleats. De watercyclus is nodig am vers water, waarin de

verbrandings-producten warden opgelost, van buitenboorddruk te velagen tot de systeemdruk, en vervolgens het gebruikte water weer op buitenboorddruk te brengen.

'Bij de bestudering van de gascyclus kan de watervoorziening als een gegeven warden beschouwth in het navolgende zullen we ons beperken tot de gascyclus, van het

CCD-systeemk.

2.1 _{'Opbouvi vartide giskringloop vanlhet iCCD-systeem}

In de dieselmotor is het gas het werkend medium in een'thermodynamisch kringproces. Onder toevoeging van warmte verricht het arbeid. De warmte wordt toegevoerd door middel van verbranding van dieselolie. Niet alle warmte kan warden omgezet in arbeid. Het gas heeft derhalve aan de uitlaat van de motor een hogere temperatuur dan aan de inlaat. Om het thermodynamische kringproces to kunnen doorlopen moot het uitlaatgas derhalve wcirden gekoeld.

Bij de verbranding van de diesefolie wordt zuurstof verbruikt en er ontstaan verbran-idingsprodukten, voornaamlijk bestaande uit lkooldioxide en water. Het uitgelaten gas

heeft dus ten opzichte van het ingelaten gas eon lager gehalte aan zuurstof, on eon hoger gehalte aan kooldioxide on water. Om het verbrandingsproces in stand te houden moot oak de samenstelling van het gas opnieuw op inlaatconditie gebracht warden.

Derhalve vinden we in 'de igaskringloop _{van het CCD-systeem de volgende componenten}

fig uur 1 I:

- de dieselmotor: zoals genoemd vindt in de motor de generatie _{van lkooldioxide on} water pleats. Bovendien fungeert de motor in de gascyclus als pomp van de gasstroom.

spraykoeling: na de motor worden de gassen gekoeld door 'eon waterspray to injecteren. De koeling komt naast de iopwarming van bet water vooral tot stand door de verdamping van het water.

absorber: in de absorber worden de gassen in tegenstroom door het water geleid. Omdat het ingelaten zeewater niet verzadigd is met de componenten waaruit het, afvoergas bestaat, zullen doze componenten oplossen in het zeewater, maximaal totdat verzadiging is bereikt. In stationaire toestand zal de in de motor geproduceer-de stroom kooldioxigeproduceer-de on water precies moeten wargeproduceer-den overgedragen aan het zeewater. Ook andere componenten van het rondstromende gas worden

opgeno-men, zoals zuurstof on argon.

CONFIDENTIEEL de Rotterdernsche Droogdok Wunsch/1)0j by. _{mine 10}

(zie

-CONFIDENTIEEL de Rot-terdamsche Droogdok Maatschappij b.v. _{;Amine 11}

In de absorber treedt verdere koeling van de gassen op, tot ongeveer de zeewater-temperatuur. Het water in de gasstroom, ontstaan bij de verbranding en geinjec-teerd bij de spraykoeling, condenseert bij de lags temperatuur en wordt met het zeewater moo afgevoerd.

zuurstof- en argontoevoer: nadat meegestroomde waterdruppeltjes zo veal mogelijk afgevangen zijn, wordt zuurstof toegevoegd aan de gereinigde gassen. Ook het argon, waarvan eon gedeelte geabsorbeerd was en waarvan de aanwezigheid in de gasstroom gewenst is vanwege zijn gunstige thermodynamische eigenschappen, most opnieuw toegevoerd worden.

Het gas bevindt zich nu weer op inlaatconditie en stroomt de motor in om deel to

nemen aan de verbranding.

2.2 Invloed van druk en samenstelling van het circulerend gasmengsel op .de working

van het CCD-systeem

Het gas in het CCD-systeem stroomt rond in eon gesloten cyclus. Dit betekent dat de samenstelling van het circulerende gas niet gelijk Ban de buitenlucht zal zijn, en dat ook de druk waarop motor en absorber werken niet vast ligt.

In de motor ontstaat bij volledige verbranding kooldioxide (CO2) en water (H20). Zoals reeds vermeld verdwijnt het water uit het systeem door middel van condensatie. Voor wat de kooldioxide betrefit moot er zich eon evenwicht instellen tussen de produktie in de motor en de opname in de absorber. Dit evenwicht ontstaat onder invloed van de druk in het systeem en de concentratie kooldioxide in de uitlaatgassen, lets wat wordt besproken in paragraaf 2.2.1. De invloed van de gassamenstelling en de systeemdruk op de prestaties van de motor komt ter sprake in paragraaf 2.2.2.

2.2.1 _{Invloedsgrootheden op de werking van de absorber, massa-evenwicht tussen} motor en absorber

De opname van kooldioxide in water geschiedt ten gevolge van het felt dat or in de absorber de situatie heerst, waarbij or moor kooldioxide in het water kan oplossen, dan wat or bij inflame al in het zeewater zit opgelost. Wanneer de grootte van de water-stroom en de erin opgeloste concentraties gegeven zijn, is dus de oplosbaarheid _{van de} kooldioxide in het water bepalend voor de stofoverdracht.

De oplosbaarheid van eon gas in water is ten eerste afhankelijk van de temperatuur van het water. In het CCD-systeem is dit de zeewatertemperatuur en is dus eon van buiten

opgelegd gegeven.

Ten tweede is de oplosbaarheid van een gas afhankelijk van de partiele druk van dit gas, ter plaatse van het contactoppervlak. De partiele druk van de kooldioxide hangt af van de concentratie kooldioxide in het circulerende gas, en van de totaaldruk in de absorber. Er lost dus moor kooldioxide op wanneer de concentratie ervan in het gas toeneemt, en/of wanneer de systeemdruk toeneemt. Hieruit kunnen twee conclusies worden getrokken:

C _rn

0 2 Ar

CCDgascyclus op 2 of op 5 bar. 02 Ar

2: Gassb-oom .gesplitst., cyclus op 5 bar '02 Ar

CCDooscyclus met compressor, motor 2 bar, absorber .5 bar

-figuur 2.; Varianten gascyclus CCD-systeem

CO 2 1-120 CO2 H2 0 Ax °.2 HT- 1-771 CO2 H20 Ar 02 1: 3:

CONFIDENTIEEL de Rotterdarnsche Droogdok Meatschappij b.v. _{mine 12}

- Het kooldioxide-evenwicht is zelfregeIend. Indien niet alle geproduceerde kooldioxi-de wordt opgenomen, neemt kooldioxi-de concentratie ervan toe. Daarmee neemt ook kooldioxi-de absorbtie van kooldioxide toe, totdat zich eon evenwicht heeft ingesteld.

- Eon hoge kooldioxideconcentratie in het gas, evenals eon hoge systeemdruk laat eon relatief kleine waterstroom toe. Dit betekent eon kleine absorber met _{een klein} watermanagementsysteem, wet gunstig is voor het geluidsniveau en het energie-verbruik door de hulpsystemen. De kooldioxide-concentratie in het_CCD-systeem ligt daarom veel hoger dan die van buitenlucht.

Het toepassen van eon hoge werkdruk voor de absorber is aantrekkelijk. Twee manieren om de systeemdruk to verhogen zijn:

Ten eerste door het hole CCD-systeem op hoge druk to laten werken, zie de

tweede variant in figuur 2. Dit heeft consequenties voor de motor wear in de volgende paragraaf op wordt teruggekomen.

- De tweede mogelijkheid is het opnemen van eon compressor in de cyclus, zie de derde variant in figuur 2. Doze gebruikt evenwel een aanzienlijk vermogen dat niet uit de gasstroom kan worden teruggewonnen en dat ten koste gaat van het netto uitgangsvermogen van de motor. Daar komt bij dat eon compressor de complexiteit van het systeem verhoogt.

2.2.2 _{invioedsgrootheden op de working van donator}

invioed van de gassamenstelling

In de vorige paragraaf is al uitgelegd dat het circulerende gas in het CCD-systeem relatief veal kooldioxide bevat. Koolstofdioxide is eon drieatomig gas en heeft daarom ten opzichte van lucht eon lege verhouding van soortelijke warmten y; bij

kamertempe-ratuur ongeveer 1,31 voor kooldioxide tegenover 1,4 voor lucht. Ook de y-waarde van Met circulerende mengsel zal daarom lager zijn dan die voor lucht. In onder andere

[Van den Pol, 1984, Al wordt aangetoond dat _{een lage y-waarde een laag}

motorrende-ment tot gevolg heeft.

Om de y-waarde van het gas omhoog to brengen tot ongeveer 1,4 wordt argon (AO in de gassamenstelling opgenomen, Argon heeft eon temperatuur-onafhankelijke y-waarde van 1,67. De argonstroom wordt gebruikt om de y-waarde van het gas in de cilinder to

regelen.

Argon neemt niet deal aan de verbranding. Wel lost or in de absorber een gedeelte van de argon op in het zeewater. Daarom moot or continu _{een kleine hoeveelheid argon} geinjecteerd worden in het CCD-systeem.

nvloed van de systeemdruk

We zagen in de paragraaf 2.2.1 dat een hoge druk gunstig is voor de working van de absorber. Men zou de installatie bijvoorbeeld op 4 bar absoluut kunnen laten werken i.p.v. 2 bara wat eon realistische werkdruk is voor eon moderne drukgevulde motor. Eon bestaande motor kan echter 'Met zomaar 4 bare ingangsdruk verdragen. Door de hoge ingangsdruk zal de eindcompressiedruk zeer hoog zijn, met het risico van eon to hoge piekdruk bij de verbranding.

-fe min conc In Tin Pin rho Pull $ water m,In,uit conc In Tin 02 MO .gamma,pt 1.insf gamma, pt 1

m,ln,ulf-cone In Tin. VAT

LEIDING-EERSTAN SPRAY 1KOELING

02 en Ar

TOEVOER T conc ult' rho cone uit rho conc ult rho

Pmigas,in

rho =

_mgas.ult gasconc in ABSORBER ' gasconcult watersonc in

water

Tgas,ult

p

Twofer No Tirol

conc In!

fin'

Amito cone ulti

rat

koppil Tuff gamma .0t1 conc uit Rimult

tvoo

Pna I Comprissievermogin Tvoor _COMPRESS° ,gassigsnsch I I Thai Av

tiguur 3:. Inputs en outputs van tie subsystemend

MOTOR

T

eon hoge topdruk to voorkorheri kan de compressieverhouding worden _aangepast. Het verlagen van de compressieverhouding in het algemeen heeft eon verlaging van het thermisch rendement ten gevolge, zoals beschreven wordt in [Van den Pol, 1984, _Al.! Bovendien is or een ondergrens aan het veriagen van de compressieverhouding omdat enders de ontstekingstemperatuur van de ingespoten brandstof niet moor wordt

igehaald.

Eon moor theoretische mogelijkheid bm de topdruk to beperken is eon uitgespreide

verbranding.

In, het systeem met de door eon compressor op druk gebrachte absorber hoeft de compressieverhouding van de motor niet hoeft to worden aangepast. De rendements-winst ten opzichte van de hoge-druk-motor zou het comOressievermogen_kunnen

compenseren.

Invloed van de drukval over het .systeem

Laatste aspect dat over de motor vermeld' dient to worden is het felt dat de uitlaatrecei-verdruk hoger zal zijn dan de inlaatreceiuitlaatrecei-verdruk. Dit moat zo zijn omdat het gas vanuit 'de uitlaatreceiver via leidingsysteem en absorber weer naar de inlaatreceiver stroomt.

Het drukverschil heeft allereerst als gevolg dat de zuiger tijdens de uitdrijf- on aanzuirk slag arbeid op het gas verricht, wat ten koste gaat van het nuttig vermogen.

Ten tweede heeft dit drukverschil het gevolg, dat tijdens de periode van klepoverlap terugspoelen van uitlaatgassen in de cilinder zali plaatshebben, de zgn. negatieve

spoeling.

2:3 _{IBeoordelingscriteria bq tomiataing van de CCD in eon onderzeeer}

Voor de toepassing in eon onderzeeer is het van belang dat de installatie ten eerste een hoog vermogen !evert, en ten tweede eon goring zuurstofverbruik heeft. Het zuurstof-verbruik is afhankelijk van de hoeveelheid brandstof die ingespoten wordt en dus van bet motorrendement. Verder is van invIoed de hoeveelheid zuurstof die oplost in het

zee water.

Andere belangrijke criteria zijn bovendien eon zo goring mogelijke complexiteit op omvang van het systeem, on eon 'Iage geluidsproductie.

CONFIDENTlik de IRotterdenieche Droogdok Meetschappij b.v. _{!origins 1 3}

MOTOR

Am, mat sal ant, mot, IA T. met.

1

UfTLAAT RECEIVER M. ma. to 3.T,,

Tyr ate

Ow, )11 valor Tweler

MAO

/MO

EERSTANC'--P'

Ivel4

SPRAY- KOELING VAT I

thikvel 1 NW I LEIDINO- EERSTANEk 1 hol3 VAT 2 Prol2

tini gm. wit gesesoall TwavdT

m. Or. lei torsos. pt I kelopal SI

Asti

LEIDING EERSTAN T. fi

wookbrevne lors ABSORBER

heft 2 Tot T Non wet, v#3 Tval4 woe., vd4 tfi_ on.02 Oa, val3 IMAAT RECEIVER INLAAT WEERSTAN 02 on Ar TOEVOER VAT4 4WEERSTAN 3 VATS

PIIP

fienvowinst bid

I

_I i

LEIDINC-CONFIDENTIEEL de Rotterdamsche Droogdok Maatschappij b.v. pagina 14

3. Modelvorming van het CCD-systeem

In dit hoofstuk wordt kort het model besproken voor simulatie van de stationaire toestand van de Closed Cycle Dieselmotor besproken. Eon uitgebreide beschrijving van

het model is to vinden in [Schasfoort, 1992] waarnaar in dit rapport gerefereerd wordt als het 'vierdejaarswerk'.

In de eerste paragraaf van dit hoofdstuk worden enige algemene opmerkingen gedaan betreffende de modelvorming van het CCD-systeem.

In de paragrafen 3.2 t/m 3.6 wordt beknopt uitgelegd hoe de subsystemen gemodel-leerd zijn. Er wordt eon korte toelichting gegeven op de mathematische beschrijving, de beschrijving zelf is to vinden in het vierdejaarswerk. Wijzigingen ten opzichte hiervan worden expliciet vermeld. De submodellen die aan de orde komen zijn: het gaswisse-lingsmodel voor de motor, eon model voor de berekening van het motorkoppel, het absorbermodel en het leidingen- en vatensysteem. Bij dit laatste subsysteem worden ook de gebruikte regelingen besproken.

De matching van het model is stork aangepast ten opzichte _{van [Schasfoort, 1992].} Daarom wordt de matching uitgebreid behandeld in paragraaf 3.7.

3.1 _{Inleiding over de modelvorming van het CCD-systeem}

In figuur 3 zijn weergegeven de deelsystemen waaruit het model van het CCD-systeem is opgesteld. In figuur 4 zien we het gehele model zoals dat is opgesteld in het vierde-jaarswerk. Getoond is het model waarmee de varianten 1 en 2 van figuur 2 beschreven kunnen worden. We herkennen de in paragraaf 2.1 genoemde subsystemen, _alsmede eon vaten- en leidingensysteem dat doze subsystemen verbindt. Het vaten- en

leidin-gensysteem is zo opgesteld dat in het model slechts integrale causaliteit bestaat. Bij het opstellen van het model zijn eon aantal _{aannames gedaan. Aangezien doze} beperkingen aan de toepasbaarheid van het model opleggen, warden elle aannames nog

eons herhaald in bijlage II.

Een aanname welke terwille van de leesbaarheid van dit verslag hier wordt vermeld, is de volgende: in het CCD-systeem spelen slechts vijf gascomponenten eon rol: kooldioxi-de (CO2), zuurstof (02), argon (Ar), stikstof (N2) en water (H20).

De systeemgrens is zo gekozen dat erbinnen zich die componenten bevinden waardoor-heen zich de gasstroom beweegt. We vinden dan de volgende inputs voor het model (zie figuur 4):

het motortoerental, de motor draait op het ingestelde toerental

- de toegevoerde brandstofstroom

grootte en temperatuur van de waterstroom near de absorber, concentraties van de erin opgeloste gassen. De concentraties zijn het gevolg van het stofoverdrachts-evenwicht tussen water en atmosfeer.

grootte en temperatuur van de waterstroom near de spraykoeling - het ingestelde zuurstof percentage van het gas in de inlaatreceiver

de installing van de y-waarde van het ingesloten gas in de cilinder - omgevingstemperatuur

-verefl vP vereff :v spool i

Iv

o vereff V spool' v vereff 1

V7

v spoel I o 1 7 I v spot I [ 0 1 7 oonz 1 0 punt 8, punt 7 punt 1 spoell punt II SPOELING"POSITIEF"VOLIEDIG punt 7 spoel V vereff V spool V 7

t

0

figjuur 5c Voorbeeld doorschuivende volumes gaswisselingsmodet

4

'SPOELING INEGATIEF" 41, 1 7 o I punt 8

I v spoel I v 7 SPOELING POSITIEF OWOUta

1 0 F, punt 7 sPoel 7

\

0 7 1

DONFIDENTIEEL de IRotterdemeche Droogdok Meetecherff. bor. pegine

De outputs zijn at die grootheden waarin de modelvormer Qeinteresseerd is. Daarbiji valt ender moor te denken aan het geleverde inetto generatorvermogen, rendementen, druk

en gassamenstelling op verschillende plaatsen in het systeem, etc.

Op vole plaatsen in het model bestaan algebraische loops, b.v. biji de stofoverdracht de absorber on bij het berekenen van procestemperaturen in de motor. Daze zijn rekentechnisch oplosbaar gemaakt door volgsystemen (eerstel orde blokkenl met een

kleine tijdconstante tussen to voegen.

3.2 baswisselingsmodellvoor tie motor

Het gaswisselingsmodel heeft twee functies: het berekent ten eerste de gasmassai en

toestand (samenstelling, temperatuur) welke zich in de cilinder bevindt bij _{aanvang van} het kringproces. Ten tweede beschrijft het hoeveel gas en van welke samenstelling on

temperatuur vanuit de motor aan uitlaatzijde het systeem _{stroomt, alsook hoeveet} gas er aan inlaatzijde uit het systeem wordt opgenomen.

Bij de berekening van de gaswisseling worden een aantal volumes gedefinieerd, welke gedacht worden elkaar door to schuiven. Elk volume bevat _{eon bepaalde hoeveelheid} gas die afzonderlijk moet worden beschouwd vanwege ten eerste het _{proces dat de} gasmassa doorloopt (b.v. gespoeld gas of aangezogen gas), ten tweede de samenster ling (b.v. inlaat- of uitlaatgas), of ten derde de temperatuur (b.v. restant uitlaatgas in de, -dilinder of uitlaatgas uit de uitlaatreceiver). Door de volumes to vergelijken met het cilindervolume, kan bepaald worden waar het desbetreffende volume terecht komt. Met, de gevonden verdeling kan de mengtemperatuur on samenstelling van het gas in de

cilinder bepaaldl wordeni.

Omdat zowel de ,gasmassa in de cilinder als de massastroom near de uitlaatreceiver eenduidig beschreven moot worden, is het noodzakelijk drie verschillende situaties te onderscheiden: 1) positieve volledige spooling, 2) positieve onvolledige spooling_{on 3),} negatieve spooling. Eon indruk van de mogelijke verdeling van volumina voor doze drie situaties wordt gegeven in figuur 5.. Volledige uitwerking van het gaswisselingsmodel is to vinden in (Schasfoort, 19921.

Volumes welke uit de inlaatreceiver worden aangezogen, of in 'do uiltaatreceiver terecht komen, worden vermenigvuldigd met het aantal procescycli per seconde: zo wordt de overgang van het discontinue gaswisselingsproces naar de continue stroming in de _rest van het model bereikt.

3.3 Berekening, van het motorvermogen

De arbeid per procescyclus wordt berekend uit het oppervlak _{van, het Seiligerproces in} het druk-volumediagram van figuur 6. Doze Ibestaat uit _{eon gedeelte geleverd bij de} verbrandingslus (punten 1 t/m 5) on eon gedeelte geleverd bij de spoellus _(punten 6-7-8-1). Aangezien in het CCD-systeem de uitlaatreceiverdruk Ihoger is _{dan de}

inlaatreceiverdruk, gaat hetidoorlopen van de spoellus ten koste van de nuttige arbeid.

1 5

in

P

Pm ax

Pin'

Puitl

2

_.11.

5

1

6

Vc Vc +Vs

_V

CONFIDENTIEEL de Rotterdemsche Droogdok Maatechappij b.v. _begin/316

Rondrekenen verbrandingslus

Bij het rondrekenen van het Seiligerproces warden op elk punt de thermodynamische eigenschappen berekend met polynomen 'tat [Van den Pol, 1984, AL Vanaf punt 1 warden de volgende proceslijnen doorlopen:

traject 12: polytrope compressie, met exponent fie. Uitgaande van de bekende druk in punt 1 legt de waarde van np de eindcompressiedruk p2 vast. Met het gebruik van nc in pleats van de verhouding van soortelijke warmten _{yr," worden} warmte-verliezen tijdens de compressieslag verrekend. In het model is eon op

meetwaar-den gebaseerde relatie tussen ne en _{lYpti gebruikt welke wordt besproken in}

paragraaf 3.7 bij het matchen van het model.

traject 23: isochore warmtetoevoer. Tijdens het ontstekingsuitstel heeft de brandstof in contact kunnen komen met de omringende zuurstof. Bij_{de ontbranding}

ontstaat een plotselinge warmtetoevoer aan het procesgas, met als gevolg eon bij benadering isochoor plaatshebbende druktoename. Dit is de

verbrandings-drukstap p3-p2.

Door [Ter Riot, 1990] wordt op basis van metingen aan de Stork-Wartsila TM 410 geconcludeerd dat de drukstap bij lagere belasting lineair toeneemt met de inlaatreceiverdruk, welke voor eon drukgevulde motor een meat is voor de belasting. Bij gegeven toerental gebeurt dit tot eon maximum drukstap; de druk-stap overschrijdt dit maximum niet. Fysisch kan dit worden verklaard doordat de verbrandingsdrukstap wordt beinvloed door het gemak waarmee zuurstof- en brandstofmoleculen met elkaar in contact kunnen komen; derhalve met de hoeveelheid zuurstof welke zich in de cilinder bevindt. Doze is bij buitenlucht recht evenredig met de inlaatreceiverdruk.

In het CCD-systeem is de gassamenstelling aeon vast gegeven, de installing van het 02-percentage kan wijzigen, or treedt terugspoeling van uitlaatgassen op. Er is derhalve goon vaste relatie tussen de inlaatreceiverdruk en de massa 02 in de cilinder. Daarom is in het model de maximale verbrandingsdrukstap direct

gerelateerd aan de massa zuurstof in de cilinder. Zie hiervoor paragraaf 3.7.3.

De maximale verbrandingsdrukstap bepaalt de hoeveelheid brandstof die isochoor kan verbranden; de rest verbrandt isobaar. Vanwege de theoretisch oneindig korte tijdsduur van de processtap 23, worden geen warmteverliezen in rekening gebracht.

traject 34: isobare warmtetoevoer. Na de isochore verbranding ontstaat eon verbran-dingsproces dat met eon bepaalde snelheid verloopt. Bovendien kost de toevoer van brandstof tijd zodat bij hoge belasting nog brandstof wordt _toegevoerd terwijI de verbranding al is gestart. Gelijktijdig met de verbranding vindt een volumevergroting pleats door de beweging van de zuiger. Dit proces wordt in het

Seiligerdiagram benaderd met eon isobare _{warmtetoevoer.}

Door de hoge temperaturen zijn or wamteverliezen aan de cilinderwanden; de grootte ervan bepaalt het volume bij punt 4, v4. De warmteverliezen zijn afhanke-lijk gemaakt van het temperatuurverschil T4_{- Tkoelwater, eon modificatie t.o.v.} [Schasfoort, 1992]. De isobare warmteafgifte per arbeidsslag per cilinder wordt

met q34 = isobaar afgegeven warmte per cilinder per arbeidsslag _(J)

Mf0,34 = branstofmassa die is toegevoerd op het traject 34 (kg) Ho = _{onderste verbrandingswaarde (J/kg)}

T4 7= maximale procestemperatuur (K)

Tkoelwater = kOelwatertemperatuur (K)

bT = evenredigheidsscoefficient (J/K)

Voor Tkoelweter is eon constante waarde van 353 K aangehouden.

De beschrijving van de warmteverliezen evenredig aan het temperatuursverschil

(T4-Tkoelwater) is gedaan om ook bij lage belasting eon redelijke voorspelling van

het vermogen te kunnen doen. Er zijn nog andere grootheden _{naast T4 die de} warmteverliezen op het isobare traject beinvloeden, zoals de tijdsduur van het het isobare traject en de vergroting van het cilinderoppervlak. _{De invloed ervan zou} bij een verfijning van het model in rekening gebracht kunen worden. De waarde van bT is bepaald bij het matchen van het motorvermogen.

traject 45: polytrope expansie, met exponent no.

Nuttige arbeid

De arbeid uit de verbrandingslus Wyorbr wordt gevonden door het oppervlak binnen de in de vorige paragraaf vonden proceslijnen te berekenen. De arbeid in de spoellus _Wopoel wordt gevonden door het slagvolume te vermenigvuldigen met het drukverschil tussen in- en uitlaatreceiver.

Het netto motorvermogen wordt gegeven door:

P_°V = 1₂ - n_{.aanteil .(16.-Wapmi thdWverbr Piddle}

motorvermogen (W)

halve motortoerental (s-1), di. aantal

= aantal cilinders (-)

thermodynamisch rendement (-) arbeid uit verbrandingslus per cilinder zwakveerrendement (-)

arbeid uit spoellus (J)

mechanische verliezen (W)

procescycli per seconde

per arbeidsslag (J)

(2)

Omdat de uitlaatreceiverdruk hoger is dan de inlaatreceiverdruk _{is Wsposi negatief. Het} zwakveerrendement nrw, dat aangeeft in hoeverre de berekende spoellus overeenkomt met de werkelijke, is dan groter dan een.

Pfrictie beschrijft de mechanische verliezen en is onafhankelijk _{genomen van de} belas-ting. De reden hiervoor is dat het toerental constant is en derhalve verliezen bij lage belasting weinig zullen verschillen van die bij hoge belasting.

met _Peng n aantcil nthd Wverbr rizvv Wspoel Pfrictie

CONFIDENTIEEL de Rotterdemsche Droogdok Meatschappij b.v. pegine 1 7

q34 rr- HO - lb _{Cr4 TkoOwater} (1)

'F

-BASIC ABSCSIBBR THEMATIC .J=010, LC,C. vatil NUT WRIT U LP 'Oat

figuur 7: Principeschets van de absorber [Fowler, 1 9901 OVTI-LI

c-)

CONFIDENTIEEL de Rotterdamsche Droogdok Aleatschrippij bv. pegina 118.

rn ISchasloort, 19921'werd nog gebruik gemaakt van eon' mechanisch rendement. In dit rapport is gekozen voor frictieverliezen omdat doze eon relatief grotere invloed hebben

bij lags belasting, jets wat niet in rekening wordt gebracht door _{een mechanisch} rendement.

VVaarden voor de genoemde parameters zijn to vinden in, paragraaf 3.7. Eon volledige berekening van het proces en het motorvermogen is to vinden in het vierdejaarswerk..

3.4

Model voor de absorber

In de absorber worden de verbrandingsproducten uit de gasstroom gewassen. De kooldioxide wordt geabsorbeerd in het zeewater, het verbrandingsproduct water condenseert en wordt met de waterstroom door de absorber _{mee afgevoerd.}

34.1

Inleidende beschriMng, vend° werking van de absorber

De taak van de absorber in het CCD-systeem is de verwijdering van de kooldioxide de afvoergassenstroom door middel van absorbtie in zeewater. Met het zeewater

verdwijnt de kooldioxide overboord. Het absorbtieproces geschiedt omdat het zeewater ibij inflame niet verzadigd is met kooldioxide.

Kooldioxide wordt relatief gemakkelijk geabsorbeerd in zeewater ten opzichte van zuurstaf en argon. Het toepassen van eon absorber heeft daarom het voordeel dat het verlies aan zuurstof en argon in, het water relatief Mein is.

Voor een snelle opname van de kooldioxide in het water is het belangrijk dat 'het ,contactoppervlak tussen water en gas zo groot mogelijk is. iDaartoe is_{de absorber} voorzien van eon vulling of pakking, die maakt dat de waterstroorn verdeeld

wordt.

In de chemische industrie is bet de zwaartekracht welke het Water door de vulling doet stromen: dit heeft een langzame waterstroom ten gevolge en derhalve grote dimensies voor een bepaalde opnamecapaciteit. Dergelijke absorbers kunnen niet in een

onderzee-er worden toegepast. Daarom bevindt zich in het Closed, Cycle Diesel systeem een roterende absorber: door middel van centrifugaalkracht wordt het water door de

pakking geslagem Egan voorbeeld is te zien in figuur 7.

Het water wordt van binnenuit toegevoerd in _{eon toevoerpijp. Rondom. de !pijp beVindt} rich de pakking. De pijp roteert en de aanwezigheid van schotten in de pijp doet het water meeroteren_ Door de uitstroomopeningen komt het _{water in de stofoverdrachts} ruimte terecht wear het door de pakking near de buitenzijde beweegt.

De pakking bestaat uit twee gaaspakketten ofwel meshes. In de mesh wordt het water uit elkaar geslagen wat het contactoppervlak vergroot. Bovendien _{wordt het water er} enigszins in opgehouden, wat tijd geeft voor het absorbtieproces.

Het gas ,beweegt in tegenstroom door het water, dus _{van buitenat near Ibinhen. De}

gasstroom Igeschiedt dankzij eon drukverschil over de absorber.,

CONFIDENTIEEL de Rotterdemsche Droogdok Meetschappij by. _{pegine 19} 3.4.2' Beschrijving stofoverdrackt.

Wanneer stof vanuit eon medium in eon ander oplost, moot doze stof zich in het one

medium (i.c. afvoergas) vanuit de bulk near het contactoppervlak verplaatsen, en in het. andere medium (i.c. water) vanaf het contactoppervlak near de bulk. Het contactopper-vlak wordt de interface genoemd. De stofverplaatsing, wordt veroorzaakt door diffusie. In het CCD-model wordt de beschouwing beperkt tot de diffusie van gascomponenten in het water in de absorber; diffusie van de gascomponenten door het gasmengsel

wordt gedacht zo snot to gaan dat met daarmee goon rekening hoeft to warden gehouden bij 'de stofoverdracht. Bewijs hiervoor is to vinden in [de Graauw,-J.

Basisformule stofoverdracht

De drijvende kracht achter diffusie is eon verschil tussen twee concentraties. _{De eerste} is de onder gegeven omstandigheden maximaal mogelijke concentratie van de gascom-ponent in het water; doze concentratie wordt in dit rapport 'oplosbaarheid' genoemd.

tweede concentratie is de Ibulkconcentratie van eon gascomponent in_{het ingenomen} water. In formulevorm:

= (

- ci)

131

met Na = stoftransport (kmol/s)

c1.= bulkconcentratie van eon gascomponent in water (kmol/m3,1

= oplosbaarheidsconcentratie van een gascomponent in water (kmol/m3) Qov = volumetrische stofoverdrachtscoefficient (m3/s)

Doze formula is gebaseerd op de aanname dat op het contactoppervlak in het water de oplosbaarheidsconcentratie van de gascomponent heerst. De manier waarop de oplos-baarheid wordt bepaald, wordt in de onderstaande paragraaf behandeld.

Onder de in bijlage _{vermelde aannames kunnen de termen in doze formule op, de} inavolgende manier warden uitgewerkt.

Oplosbearheidsconcentratiw

'Bij gegeven temperatuur on zoutgehalte van het water, is de oplosbaarheid van een gascomponent eon Iineaire functie van de partiaaldruk van doze component in het ,gasmengsel. Dit is de wet van Henry:

H =

met = constante van Henry (kmol/(m3.atm))i

= oplosbaarheid van de gascomponent (kmol/m31 ps = partiele druk van de gascomponent (atm)

14) De

CONFIDENTIEEL de Rotterdemsche Droogdok Maatschappij b.v. 'engine 20

De constante van Henry is afhankelijk van het zoutgehalte en (zeer sterk)_{van de} temperatuur van het water. Voor H worden polynomen uit [Weiss, 1970] en [Weiss, 1974] gebruikt.

Met het getal van Henry weten we derhalve hoe de stofoverdracht afhangt va de

totaaldruk in de absorber, de concentratie van de gascomponenten, en bovendien kennen we een belangrijke afhankelijkheid van de watertemperatuur.

Bulkconcentratie in het ingenomen water

Het oppervlaktewater stoat in stofoverdrachtsevenwicht met de atmosfeer. Dit betekent dat de bulkconcentratie van eon gascomponent in het ingenomen water gedefinieerd kan worden als: 'de oplosbaarbaarheidsconcentratie van de gascomponent behorende bij eon partiele druk van die component in de atmosfeer'.

Het evenwicht met de atmosfeer heeft tot gevolg dat zich stikstof in het CCD-systeem

bevindt. Omdat in de atmosfeer stikstof een partiaaldruk heeft van 0,78 bar bevindt zich in het water een hierbijbehorende concentratie. Uit het water zal derhalve_stikstof vrijkomen het systeem in, totdat ook in de absorber eon partiaaldruk van 0,78 bar

stikstof heerst.

Concentratieverschil

Het concentratieverschil (c1.-c1) waarmee gerekend wordt is niet het werkelijke momen-tane concentratieverschil. Het werkelijke momenmomen-tane concentratieverschil ten gevolge waarvan stofoverdracht plaatsheeft, is eon resultaat van twee gecombineerde effecten:

De van de binnen- near de buitenzijde bewegende druppeltjes water absorberen gas. Ten gevolge hiervan zal het concentratieverschil over de pakking_{van binnen} near buiten varieren. Om dit in rekening to brengen wordt voor het concentratie-verschil in f ormule (3) hot rekenkundige gemiddelde_{genomen tussen (c1 -c1) aan}

de wateringang en (c1 -c1) aan de wateruitgang.

In de druppeltjes zelf heerst aan het druppeloppervlak, dat in _{contact staat met} het gas, de momentane oplosbaarheidsconcentratie. Binnenin heerst echter eon bulkconcentratie. Wanneer de concentratiegradient in het druppeltje groot is, zal de opname van eon gascomponent in het druppeltje snel verlopen. De concentra-tiegradient is het grootst op het moment dat de diffusie start: dan heerst op het oppervlak de oplosbaarheidsconcentratie en direct onder het oppervlak de

bulkconcentratie. Dit is het gavel wanneer het waterdruppeltje juist _opnieuw vermengd is; daarna neemt door de opname van gas de concentratiegradient at Het diffusieproces op druppelniveau is instationair.

Het vermengen van eon druppeltje gebeurt steeds wanneer het bij het near buiten bewegen een element van de pakking raakt. De periode tussen _{eon volledige} vermenging heet de karakteristieke contacttijd r. Hoe vaker _{eon druppeltje} gemengd wordt, derhalve hoe korter r, des to beter de absorbtie

verloopt.

Dit effect wordt niet verrekend door in te grijpen _{op (c1 -cf), maar in de stof} over-drachtscoefficient, zie de hiernavolgende paragraaf.

CONFIDENTIEEL de Rotterdarnsche Droogdok Meatschaggii b.v. begins 21'

iHet gebruik van het rekenkundig gemiddelde concentratieverschill tussen watereringang-en uitgang is son modificatie twatereringang-en opzichte van de stofoverdrachtsberekwatereringang-ening in het vierdejaarswerk. Dear word eon constant concentratieverschil alsook eon logarithmisch gemiddeld concentratieverschil gebruikt. Eon constant concentratieverschil brengt het effect van tegenstroom en de grootte van de waterflow niet in rekening. Het loge-rithmisch gemiddeld concentratieverschil, dat weinig verschilt van het rekenkundig gemiddeld concentratieverschil, beschrijft ideale tegenstroom waarvan niet duidelijk is of die wel optreedt.iBovendien heeft. het eon hinge rekentijd tot gevolg.

Stofoverdrachtscoefficient

De stofoverdrachtscoefficient Cloy definieert de snelheid van het stoftransport !biji gegeven gemiddeld concentratieverschil. Voor de berekening ervan is, door

ilWijrna, 19921 het penetratiemodel voorgesteld.

De stofoverdrachtscoefficient Cloy brengt het volgende in rekening:

- het instationaire gedrag van diffusie op druppelniveau. In de formulering Voor de stofoverdrachtscoefficient komt de karakteristieke contacttijd r voor.

de grootte van het contactoppervlak tussen water on gas. Dit gebeurt in de vomit van eon parameter 8ain. Doze stelt voor: het totale contactoppervlak van rondylie-gende-waterdruppeltjesfinhoud van de pakking. De inhoud van de mesh is bekend, echter het totale contactoppervlak van de rondvliegende druppeltjes niet. _De

waarde van aabs wordt daarom vastgesteld bij het matchen van het

systeemeven-wicht.

de bij diffusie van belang zijnde stofeigenschappen, zoals viscositeit van lhet water, molecuulgrootte van het diffunderende _gas.,

temperatuursafhankelijkheid van de molecuulbewegingen.

Eon volledige uftwerkingi van de stofoverdrachtsberekening is te vinden in ISchas-foort. 19921.

.3.5 _{Leidingen- on vatenmodel, regeling van gaseigenschappen}

In doze paragraaf wordt het leidingen- on vatensysteem ibehandeld. Hierbij kornt ook spraykoeling on regaling van gaseigenschappen in de inlaatreceiver ter sprake.

Restricties

Ten gevolge van het drukverschil over een lending ontstaat er eon massastroom door de hiding. De grootte van de massastroom is afhankelijk van de wrijvingsweerstand_langs

de wand, on de weerstand veroorzaakt door appendages.

De weerstandsfactoren zijn gebruikt om de drukken in het modelte Imatchen..

Ii

A0-4-

,4-cti-/()V

crA/

().

-4Ajf)

Vaten

In de vaten, waarbij ook de in- en luitlaatreceiver van de motor horen, worden de energiestromen, en per component de massastromen geintegreerd. De temperatuur,. masse en samenstelling in het vat resulteren. Met de gaswet wordt de druk gevonden. Het volume van de vaten representeen bij grove benadering het systeemvolume en doet voor de berekening, van het stationaire systeernevenwicht niet ter zake.

'Verdamping en condensate in eon vat

De modelvorming van verdamping/condensatie in de twee vaten (spraykoeling, vat3) is gebaseerd op de volgende veronderstelling: in de massabalans van het vat wordt,alleen water in gasvormige toestand opgenomen.

Dit houdt in dat in het model nooit opslagi van vloeibaar water bestaat. Voor de' spraykoeling betekent dit, dat or alleen water ken verdampen uit de _{geinjecteerde} stroom. Voor vat 3 betekent dit, dat eenmaal gecondenseerd water niet meer ken

verdampen.

Het bij de spraykoeling geinjecteerde vloeibare water zal altijd opwarmen tot de

temperatuur in het vat. Wanneer de partiele druk van het water in de gasstroom lager is

dan de bij die temperatuur horende verzadigingsdruk, dan zal1_{or water verdampen. De}

voor de opwarming on verdamping benodigde energie wordt onttrokken _{aan de} gasstroom. Integratie van de energiebalans ilevert de evenwichtstemperatuur.

Begeling van gaseigenschappen:. zuurstof- en ,argoninjectie

Van het gas dat aan de verbranding deelneemt ziet men bij voorkeur dat de thermody-namische eigenschappen zoveel mogelijk overeenkomen met die van buitenlucht. Om die reden worth op de proefstand ten eerste het zuurstof_{percentage van lhot gas aan de} inlaatzijde van de motor afgeregeld op 21 vol%. De regeling gebeurt door met eon Pl-regelaar in to grijpen op de hoeveelheid toegevoerde _zuurstof..

Ten tweede wordt de gamma-waarde van het ingesloten gas, welke bepaald is uit de compressiedruk leigenlijk meet men de polytrope exponent rid, m.b.v. de argontoevoer geregeld. Bij doze regeling wordt de argontoevoer wordt stapsgewijs vergroot of

verkleind. Daze regeling wordt in dit verslag aangeduid als 'de argonregelingi.

Het zuurstofpercentage wordt in bet model net als in werkelijkheid _{met eon Pl-regelaar}

geregeld.

In het Model wordt inlet n geregeld, omdat doze empirisch afhankelijk is gemaakt van Vol de gamma-waarde van het ingesloten gas in de cilinder. Ervoor in de pleats is _een PIrregeling van ypti aangebracht.

Voor de regelingen in het model zijn IPIcregelingen gekozen_{omdat de responsies redelijk}

snot zijn on goon statische afwijking vertonen. De instelling van de versterkingsfactoren en tijdconstantes is zo gekozen dat de regeling van zuurstof percentage _{on y-waarde} snel is in vergelijking met de insteltijd van het massa-evenwicht tussen motor on

k(/

CONFIDENTIEEL de !Rotterdemsche Droogdok MaatschappijI b.v.

_{'mint 23}

absorber. Dit is het igeval met eon versterkingsfactor :2 en eon tijdconstante 0.1 $ voor beide regelingen.

36

16ubm5delkin vielke niet permanentihr hethoofdmodel zijn opgenomen

3.6.1 ILekstroorn longs zuigerveren

De meetseries waarvan de resultaten to vinden zijn in bijlage 1111heeft de carterventilatier

compressor niet near behoren gewerkt. Hierdoor is gas dat weglekte langs de zuigerve-ren niet teruggevoerd het systeem in. Om het model correct te kunnen matchen is doze situatie gesimuleerd door direct no de uitlaat eon aftap to modellererr, waarvan de doorstroom analoog:aan eon restrictie, beschreven wordt door:

met

\VILE

rgilek = massastroom welke weglekt Ilangs de zuigerveren (kg/s)

Ap = drukverschib tussen uitlaatreceiver en omgeving (N1m2)

= dichtheid t.p.v. uitlaatreceiver (kg/m3)

flak stromingsweerstand voor de lekstroom (m-4S

3:6.2

Compressor voor het op druk brengen van de absorber

In figuur 2 is de mogelijkheid getoond de absorber op druk to brengen met eon com-pressor. Om to weten of doze configuratie een alternatief is voor de hoge-druk-motor is van het systeem met compressor eon simulatie uitgevoerd.

Hiertoe is in bet model tussen vat2 on de absorber _{een compressor aangebracht. 'We} nemen aan dat het mogelijk moot zijn bij elke in de simulaties optredende situatie eon

compressor to vinden met eon isentropisch rendement van 0,72. Anders gezegd, de compressor draait steeds op z'n optimale werkpunt. Hierdoor worden de resultaten _niet 'beinvloed door verschuivingen in het compressorrendement. Conclusies van

parameter-varieties zullen derhalve betrekking hebben op het algemene gedrag van eon systeem met compressor in vergelijking met andere systeemconfiguraties; niet over het of f-design gedrag van eon systeem met eon bepaalde _{compressor erin opgenomen.}

Er wordt verondersteld dat de compressor een vast gedeelte

_{van de volumestroorniiki}

tilt de motor comprimeert. Door dit to doen ken men eenvoudig de _compressor

opscha-len om daarvan, bet effect op het systeemevenwicht to bestuderen.

De invoergrootheden voor het compressormodel .zijhrizie figuur 3Yr:

drukken voor en na de compressor temperatuur voor de compressor' - massastroom de compressor in

- gaseigenschappen.

Uitvoergroothedert zijn:

- temperatuur Ina compressie.

16)

=

-471c2C

Al

/11-2

2

)

a

)

tc6cA

Ate,

er:,7g

C

Ca

ts,

4/0

f C4

Zte.4.1,lr7

k) - )(e-t-tq- CYCA--f"--1

6.4

el

A

e /7,Aa'a 41044'0'1' 4

ttleVe"

e-i

eat

64% J

- compressievermogen

Na de absorber wordt het gas gesmoord near de lagere druk in het _systeem,, De vergelijkingen van het compressormodel zijn gegeven in bijlage IV.

93.7 'Matching van .hat model met meetresultatan

un bijlage III zijn resultaten viA nieuwe metingen aan de proefstand weergegeven. Biji Ihet doen van doze metingen heeft or waarschijnlijk lek fangs de zuigerveren _opgetreden: terhalve is doze situatie, die is besproken in paragraaf 3.6, gesimuleerd bij het

mat-then.

'Bij de metingen is iook het percentage kooldioxide in de inlaatreceiver _opgenomen. Hiermee hebben we naast de systeemdruk een tweede grootheid die ibij het matchen en het valideren van het gasevenwicht gebruikt kan worden.

In doze paragraaf worden allereerst de bij het matchen gebruikte meetresultaten

ibehandeld, vervolgens wordt besproken hoe het gasevenwicht gematcht is, on tenslotte komt ter sprake hoe bij dit evenwicht het motorvermogen gematcht is.

3.7.1' _{illitgangspunten.bij het Mitchen van het systeem}

Het matchen van het systeem geschiedt biji eon bepaalde belasting gekozen uit de

eetresultaten. Dit is de belasting in de laatste kolomvan bijlage Ul (brandstoftoevoen

111,5 g/s, bijbehorend vermogen 148,2 kW).

'Op basis van de in bijlage III getoonde meetresultaten is _{besloten de volgende} aanna-imes to doen bij het matchen van het systeem:

Aangezien het zuurstofverbrulk lager is dan men op grond van het brandstofver-bruik zou mogen verwachten, is het gemeten zuurstofverbrandstofver-bruik maatgevend

genomen voor de hoeveelheid brandstof die werkelijk verbrandt. 'Het_gedeelte brandstof dat niet verbrandt draagt niet bij aan het arbeidsproces._{on aan de} productie van CO2 en H20 in het systeem.

Met behulp van de meetwaarden voor brandstof- en zuurstofverbruik is op

'grafische wijze eon formuleiing, voor het verbrandingsrendement _{qcomb opgesteld:.}

= 0,887 - 10,5677 ₍₆₁

bmdstf

In figuur it, grafiek C zijn de frieetpunten alsmede het met _{/comb berekende}

zuurstofverbruik abs functie van het brandstofverbruik _weergegeven.

De oorzaak van het [lege verbrandingsrendement _{zou gelegen kunnen zijn in een}

to vroege injectie van brandstof bij eon, gegeven de heersende_{gassamenstelling,} lege eindcompressietemperatuur. Dit kan het gevolg hebben dat brandstof in vloeibare vorm de op de cilinderwand terecht komt wat eon traag verdampings-proces on een.slechte verbranding tot gevolg heeft.

2), _{Het argonverbruik is volgens de meetresultaten vrijwel constant. Om daze reden} is bij het matchen de regaling van de rwaarde van het gas in de cilinder buiten

IP

CONFIDENTIEEL de Rotterderneche Droogdok Meatschappij b.v. decline 24

CO ID-al X CD V co CO r. Ca

3

-01 CD' 0 art co tt." co a. cD 3 ED 3 0 a ID ID 0 3 (D 3 .=; 0 VI CDI to co. CD (D 3 1L42 1A 1.38 1.36 1,34 132 1.3 1.28 1.26 1.24 1.22 5 14 15 11 -12 13 10

brndstf (Ls

voorbeeld relatle kisser, gammawaarden en exponenten

voor polytrope compressle

gamma+pt1 nc gamma_pt4 ne I 6 7 8 9

CONFIDENTIEEL de Rotterdemeche Droogdok Mardschappij b.v. pagine 25.

working gesteld, or is ten constantednassastroomi argon toegevoerd ter grootte,

van 0,68 g/s.

Nominale waarden voor overige parameters in het model, zoals watertempera-tuur, waterflow door de absorber, referentiewaarde voor de zuurstafregeling, etc. staan vermeld in bijlage V.

3.7.2 Matchen van het systeemevenwicht

Met het matchen van het systeemevenwicht bedoelen we dat die grootheden vastlegit worden die direct to maken hebben met de stofoverdracht. Dit zijn:

- de volumestroom in het systeem -- de druk in het systeem

- concentaties van de gascomponenten

Volumestroom in het Systeern

De matchparameter voor de volumestroOril ter plaatse van de inlaatreceiver is het effectief doorstromingsoppervlak voor de motor Aof. Daze immers legt _{vast hoeveel} gas or tijdens de periode van klepoverlap terugspoelt de cilinders in.

De volumestroom die in het systeem circuleert kan 'Met nauwkeurig gemeten worden aangezien er goon leidingstukken lang genoeg zijn om verzekerd te zijn van eon nette stroming. Metingen aan eon vergelijkbaar systeem doen vermoeden dat or op de

proefstand eon volumestroom circuleert _{van +160 liter/s aan inlaatzijde bij eon drukial} van 0,35 bar over het systeem. In het model icirculeert doze volumestroorn bij /kW = 3.8.10'3 rn2.

Systeemdruk eniconcentratie kooldioxide

Uit metingen kennen we de concentraties CO2 en 02 in de inlaatreceiver. In 'het model wordt de concentratie 02 geregeld op 21%. Bij het matchen_{wordt derhalve voor wat} betreft de gasconcentraties gekeken near de concentratie CO2.

De concentratie CO2 in de inlaatreceiver wordt tezamen met de systeemdruk iteratief gematcht door to varieren met de volgende twee grootheden:

de verhouding contactoppervlak/meshinhoud in de absorber. Deze groot-heid is een meat voor de effectiviteit van de absorber bij gegeven

afmetin-gen.

fist

_{eon weerstandsfactor welke de totale lekstroom longs de zufgerveren}

lbepaalt.

Wanneer eon zekere druk wordt aangehouden, dan doet _{ten vergroting van de} lek-stroom en eon daarbijhorende verkleining van aebs (druk gegeven!) het CO2_percentage in de inlaatreceiver toenemen. Op doze manier is het mogelijk op het werkpunt bij ,matchen zowel de gemeten druk alsook het gemeten CO2-percentage to simuleren.

ja,,,toII

Gee

1

3)

:

delsiin0

figuur9

Relatie voor de rdrukstap p3-p2 Ms functie van de massa zuurstof in de

cilinder 0) i I 1 I I _

C")0

1%. CI

Voor %b. is een waarde van 625 ml gevonden, vergeleken met absorbers in de procesindustrie (productie: laths = 300 a 600, laboratorium aeb. = 1600) eon malls& sche waarde.

De waarde van flee( bedraagt 360 m4, or stroomt dan eon massastroom ultlaatgas ter ordegrootte van de argontoevoer tiit het systeent

In figuur 111 evenals in bijlage DC is het systeemgedrag to zien bij variatievan de bran&

stoftoevoer, de lekstroom is to vinden in grafiek 12 van de bijlage. De gematchte toestand is terug to vinden bij brndstf = 11,5 g/s. Bespreking van de resultaten is to vinden in paragraaf 4.3.

3.7.3 IMatchen van Ihetmotorproces on -vermogenrIbil gegeven systeemevenwicht Met de .duidelijk gedefinieerde toestand waaronder de motor werkt, wordt nu het .motorvermogen gematcht. In 'het inavolgende wordt onderscheid gemaakt tussen het

matchen van het verbrandingsgedeelte van het Seiliger-proces, on het uiteindelijke matchen van het moton/ermogen.

Matchen van de verbrandirigslui

De verbrandingslus wordt gematcht door verschillende parameters het Seiligerproces zodanig to vormen, dat het het gemeten drukverloop (zie figuurA zo veel mogelijk lbenadert. Met eon thermodynamisch rendement wordt vervolgens het met het proces

berekende vermogen teruggeschaaldl near het gemeten vermogen.

De parameters waarmee het Seiligerproces (zie, figuur gematcht wordt zijn

achtereen-volgens:

traject 12: dit traject wordt igematcht met ne, de exponent bij ipolytrope _{cor-npresail.} Uit de meetresultaten (zie bijlage II kunnen we bij drie belastingen de waarde voor ne bepalen. Het model kan bij doze belasting de y-waarde van het gas in de icilinder berekenen. In figuur 8 zijn doze drie punten weergegeven met x, alsook de lijn voor y-waarde van het gas in de cilinder.

In de figuur is to zien ,dat het verschil tussen, ypt, en inc .afneemt bij toenernende belasting.

De drie gevallen waarvoor rim en ne bekend zijn, iijn in Matrbor ingevoerd. Het, programme interpoleert tussen doze waarden volgens een; 'cubic spline'.

traject 23: voor dit traject,. de verbrandingsdrukstaps, beschikken we eveneens over drie meetwaarden.

In het CCD-model is de maximum drukstap afhankelijk gemaakt_{van de massa} zuurstof in de cilinder, zoals besproken in paragraaf 3.3. De relatie tussen de maximum drukstap on de massa 02 in de cilinder is in het model ingevoerd in de

vorm van een grafiek, waarbij dus de gemeten drukstap is gerelateerd aan de berekende zuurstofmassa in de cinder. De relatie is to zien in figuur 9. De maxi-mum drukstap is op ongeveer 30 bar gekozen omdat dit de grootste gemeten drukstap is en doze rechts ligt van de lijn die de andere twee punten in figuur SI verbindt, derhalve op het horizontale deell van de functie in figuur 9.

.1 CONFIDENTIEEL de Rotterdemsche Droogdok Meetschappif b.v.. peorna 26

IL/ a in tn. 0. 131, 50 10 2.2 2 1.8 1.6 1.4 1.2 U.S 0.6 0.4 0.2

04 05

08 1

t2

14 (Thousands) VOLUME [La ---- 150 kW Closed CyclIcg LOG VOLUME z--- 150 KM Closed Cycle 16 31

.figuur I 0:i Indicateurdiagram en logp4logy diagram bij 150 kW

2 i 22 I 24 26 28 3 3.2 21 2 31 2$ 27 29 3 3 a 02 11. 2 110 100 70 60 40 30 20 0 0 0.2 0.4 1

traject 34: op dit traject heeft warmteverlies pleats, de grootte ervan bepaalt het

IA-volume bij punt 4 in het Seiliger-diagram. De ligging van V4 heeft grote invloed op het berekende motorvermogen.

Voor den meetpunt kennen we VA (zie fig uur 10), derhalve kan de grootte voor de warmteverliezen voor dit punt bepaald worden. Met behulp van simulaties is onderzocht met welke afhankelijkheid voor de warmteverliezen het motorvermo-gen het meest in overeenstemming met meetresultaten wordt berekend. Hierbij is gebleken dat de beste overeenstemming wordt bereikt wanneer de

warmteverlie-zen worden gekoppeld aan het temperatuursverschil T4-Tkoelwater, met T4 de

temperatuur in punt 4 van het Seiligerproces. Voor de warmteoverdrachtscoeffi-cient is gevonden 0,2 W/K per cilinder.

traject 45: de expansie 45 wordt gedicteerd door de polytrope exponent _{no. Wader-.} om is eon waarde voor n0 bekend, namelijk uit het logp-logv diagram bij 150 kW, to zien in figuur 10. Met het model kan de y-waarde van het gas berekend

worden in punt 4 van het Seiligerproces: ypt4. Aangezien er warmteafgifte plaatsheeft moot steeds gelden dat no > rpt4. De beschikbare tijd _en meetresul-taten laten niet toe eon op warmteafgifte gebaseerde relatie voor no vast te stellen; er is aangenomen dat no tussen no en rpt4 moot liggen volgens:

1

no = no - -5..(yrm-n0) ₍₇₎

met n. = exponent bij polytrope expansie

= exponent bij polytrope cornpressie

rpt4 = verhouding soortelijke warmten gas met samenstelling en

tern-peratuur van punt 4 in het Seiligerproces

Op de hiervoor beschreven wijze is getracht het Seiligerproces zo good mogelijk to laten aansluiten met het werkelijke drukverloop in de motor. Door de scherpe hoeken in het Seiliger-proces berekent men nog eon jets te grote arbeid. Het thermodynamisch

rendement athd wordt gebruikt om dit to verrekenen. De waarde _{van thhd is vastgesteld} bij het matchen van het motorvermogen.

Matchen van het motorvermogen

Voordat het thermodynamisch rendement now kan worden vastgesteld _{moeten nog} twee matchparameters worden ingevuld. Dit zijn ten eerste het zwakveerrendement

en ten tweede het vermogen mechanische verliezen Pfrictie

Eon voldoende nauwkeurig zwakveerdiagram van de motor is niet_{beschikbaar, derhalve} moest voor het zwakveerrendement eon realistische waarde gekozen worden. Eon normale waarde is 0,65, in het CCD-model is derhalve de reciproke waarde _hiervan genomen: q 1,538.

In [Schasfoort, 19921 word destijds met behulp van eon pV-diagram bij 110 kW eon mechanisch verlies bepaald dat word omgerekend near eon mechanisch rendement. pit verlies is nu direct in de vorm van Pfricte in het model ingevoerd. Voor _{Pfrictie is een} waarde vastgesteld van 22345 W.

CONFIDENTIEEL de Rotterdamsche Droogdok Meatschappij b.v. peplos 27

=

Rest tenslotte het thermodynamisch rendement gthd Hiermee wordt uiteindelijk het berekende vermogen afgestemd op het gemeten vermogen. Voor het thermodynamisch rendement is gevonden:.inthd = 0,98.