Aufgabenstellung und Berechnungsziel
Das Modul PROP ist die Schnittstelle zur Stoffwerteermittlung mit PROPER. Über diese Anbindung lassen sich thermophysikalische Stoffdaten für reine Stoffe und Gemische direkt in die Berechnung übernehmen: Dichte, spezifische Wärmekapazität, Enthalpie, Verdampfungsenthalpie, Wärmeleitfähigkeit, dynamische Viskosität, Prandtl-Zahl, Oberflächenspannung, thermischer Ausdehnungskoeffizient, Temperaturleitfähigkeit sowie Realgasgrößen wie Realgasfaktor, Isentropenexponent, Molmasse und kritische Daten.
In der Verfahrenstechnik sind konsistente Stoffwerte die Grundlage jeder Wärmeübertrager-, Druckverlust- oder Sicherheitsventilberechnung. Statt Werte aus Tabellenwerken manuell zu übertragen, ruft PROP sie für den jeweiligen Zustandspunkt (Druck, Temperatur, Zusammensetzung) ab – für einphasige Zustände ebenso wie für Siedezustände und Phasengleichgewichte, für Kältemittel, Erdgas und andere technische Fluide.
Der Vorteil in der Praxis: Alle nachgeschalteten Module rechnen mit denselben, zum Zustandspunkt passenden Stoffdaten. Damit entfallen Übertragungsfehler und Inkonsistenzen, die bei manueller Stoffwerteingabe eine häufige Fehlerquelle in der Apparateauslegung sind.
So läuft die Berechnung ab
- Stoff oder Gemisch auswählen: Aus der PROPER-Stoffdatenbank wird der reine Stoff oder das Gemisch mit seiner Zusammensetzung gewählt; für Gemische werden die Anteile der Komponenten vorgegeben.
- Zustandspunkt festlegen: Druck und Temperatur (bzw. der Sättigungszustand) definieren den Zustandspunkt, für den die Stoffwerte ermittelt werden sollen – einphasig flüssig, einphasig gasförmig oder auf der Siede-/Taulinie.
- Stoffwerte abrufen: PROPER berechnet die angeforderten Größen wie Dichte, Wärmekapazität, Viskosität, Wärmeleitfähigkeit, Enthalpie, Verdampfungsenthalpie, Oberflächenspannung, Prandtl-Zahl, Realgasfaktor und Isentropenexponent für den gewählten Zustandspunkt.
- Werte in die Berechnung übernehmen: Die ermittelten Stoffdaten stehen den nachfolgenden Berechnungsmodulen – etwa für Wärmeübergang, Druckverlust oder Behälterauslegung – unmittelbar und konsistent zur Verfügung.
Eingabegrößen
| Größe | Symbol | Einheit |
|---|---|---|
| Stoffdatei | Stoffname | - |
| Temperatur 1 | ϑ1 | °C |
| Temperatur 2 | ϑ2 | °C |
| Druck 1 | p1 | Pa |
| Druck 2 | p2 | Pa |
| Dichte 1 | ρ1 | kg/m³ |
| Dichte 2 | ρ2 | kg/m³ |
| Dichte 3 | ρ1 | kg/m³ |
| Dichte 4 | ρ2 | kg/m³ |
| Spez. Wärmekapazität 1 | cp1 | J/(kg·K) |
| Spez. Wärmekapazität 2 | cp2 | J/(kg·K) |
| Spez. Wärmekapazität 3 | cp1 | J/(kg·K) |
| Spez. Wärmekapazität 4 | cp2 | J/(kg·K) |
| Dyn. Viskosität 1 | η1 | mPa·s |
| Dyn. Viskosität 2 | η2 | mPa·s |
| Dyn. Viskosität 3 | η1 | mPa·s |
| Dyn. Viskosität 4 | η2 | mPa·s |
| Kin. Viskosität 1 | ν1 | m²/s |
| Kin. Viskosität 2 | ν2 | m²/s |
| Kin. Viskosität 3 | ν1 | m²/s |
| Kin. Viskosität 4 | ν2 | m²/s |
| Wärmeleitfähigkeit 1 | λ1 | W/(m·K) |
| Wärmeleitfähigkeit 2 | λ2 | W/(m·K) |
| Wärmeleitfähigkeit 3 | λ1 | W/(m·K) |
Berechnungsoptionen
Phasengleichgewichtsmodell
Keine Berechnung des Phasengleichgewichts · 1 · 2 · 3 · 4 · 5 · 6 · 7 · 8 · 9 · 10 · 11
Stoffdatei erstellen / laden
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Häufige Fragen
Für welche Stoffe liefert die Schnittstelle Stoffwerte?
Für die in der PROPER-Datenbank hinterlegten reinen Stoffe und Gemische, darunter technische Gase, Kältemittel, Erdgas und Wasser/Dampf. Für Gemische werden die Eigenschaften aus den Reinstoffdaten und geeigneten Mischungsregeln bzw. Zustandsgleichungen bestimmt; auch Phasengleichgewichte und Dampfanteile lassen sich ermitteln.
Warum ist der Zustandspunkt so wichtig für die Stoffwerte?
Viele Stoffwerte hängen stark von Temperatur und Druck ab: Die Viskosität von Flüssigkeiten ändert sich mit der Temperatur oft um Größenordnungen, die Dichte von Gasen nahezu proportional zum Druck, und in der Nähe der Phasengrenze oder des kritischen Punkts ändern sich alle Größen besonders steil. Stoffwerte müssen daher immer für den tatsächlichen Betriebszustand abgerufen werden, nicht für Normbedingungen.
Was ist bei zweiphasigen Zuständen zu beachten?
Im Nassdampfgebiet sind Größen wie Dichte oder Enthalpie nur zusammen mit dem Dampfanteil eindeutig. Die Schnittstelle liefert dann die Werte der siedenden Flüssigkeit und des gesättigten Dampfes getrennt; Mischgrößen ergeben sich über den Dampfgehalt bzw. den volumetrischen Dampfanteil. Für Wärmeübergangskorrelationen werden in der Regel die Phasenwerte einzeln benötigt.