ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Των Βαβίτσα Κωνσταντίνου Κοντοτάσιου Διονυσίας

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Των Βαβίτσα Κωνσταντίνου Κοντοτάσιου Διονυσίας ΘΕΜΑ: Μετατροπή σε διαδικτυακή εφαρμογή του λογισμικού Θερμοδυναμικής και Μετάδοσης Θερμότητας (Thermolab) & Εικονικό εργαστήριο μέτρησης βαθμού απόδοσης λέβητα Επιβλέποντες: Καδή Στέλλα, Λέκτορας Χατζηαθανασίου Βασίλης, Επίκουρος Καθηγητής Θεσσαλονίκη, Ιούνιος 2008 1

Περιεχόμενα Περιεχόμενα 1. Ευρετήριο Εικόνων... 5 2. Ευχαριστίες... 6 3. Περίληψη... 7 4. Εισαγωγή... 8 4.1. Εισαγωγικό Σημείωμα...8 4.2. Σκοπός της Εργασίας...9 4.3. Διάρθρωση του Κειμένου...9 5. Περιγραφή Εφαρμογής Thermolab... 11 5.1. Εισαγωγή...11 5.2. Συνιστώντα Μέρη Thermolab...11 5.2.1. Ιδιότητες Νερού...12 5.2.2. Ιδιότητες Αερίων...13 5.2.3. Δομικά Στοιχεία...14 5.2.4. Συντελεστές Ακτινοβολίας...15 5.2.5. Συντελεστές Συναγωγής...16 5.2.6. Κύκλος Rankine...17 6. Απόδοση Λέβητα... 18 6.1. Θεωρητικό Υπόβαθρο Ορισμός Βαθμού Απόδοσης...18 6.2. Περιγραφή Μεθοδολογίας Προσέγγισης...19 6.2.1. Άμεσος Προσδιορισμός...19 6.2.2. Έμμεσος Προσδιορισμός...19 6.3. Μαθηματική διατύπωση Μεθοδολογίας Προσέγγισης...20 6.3.1. Άμεσος Προσδιορισμός...20 6.3.2. Έμμεσος Προσδιορισμός...20 6.4. Αναμενόμενες Αποκλίσεις μεταξύ των δύο Μεθόδων και Αιτιολόγηση...20 6.5. Παράγοντες που επηρεάζουν το βαθμό απόδοσης του λέβητα...22 6.6. Μετρούμενα Μεγέθη και Περιγραφή των Οργάνων...23 6.6.1. Άμεσος Προσδιορισμός...23 6.6.1.1. Μάζα καυσίμου που καταναλώνει ο λέβητας...23 6.6.1.2. Χρόνος στον οποίο καταναλώνεται η μάζα καυσίμου που ζυγίστηκε 23 6.6.1.3. Παροχή θερμού νερού λέβητα...23 6.6.1.4. Θερμοκρασία νερού στην είσοδο του λέβητα...23 6.6.1.5. Θερμοκρασία νερού στην έξοδο του λέβητα...23 6.6.2. Έμμεσος Προσδιορισμός...23 6.6.2.1. Περιεκτικότητα καυσαερίου σε διοξείδιο του άνθρακα...24 6.6.2.2. Μάζα καυσίμου που καταναλώνει ο λέβητας...24 6.6.2.3. Χρόνος στον οποίο καταναλώνεται η μάζα καυσίμου που ζυγίστηκε 24 6.6.2.4. Θερμοκρασία καυσαερίου...24 6.6.2.5. Θερμοκρασία περιβάλλοντος...24 6.7. Βήματα Υπολογισμού απόδοσης λέβητα...24 6.7.1. Άμεσος Προσδιορισμός...24 6.7.2. Έμμεσος Προσδιορισμός...25 6.8. Σκαρίφημα Πειραματικής Διάταξης...30 6.9. Συμπεράσματα από τη σύγκριση των δύο μεθόδων...30 2

Περιεχόμενα 7. Εικονικό εργαστήριο μέτρησης βαθμού απόδοσης λέβητα... 32 7.1. Ορισμός...32 7.2. Μέρη από τα οποία αποτελείται το εικονικό εργαστήριο...32 7.2.1. Δεδομένα εισόδου...36 7.2.1.1. Θερμοκρασίες εισόδου και εξόδου νερού...36 7.2.1.2. Ροόμετρο νερού Μ3...38 7.2.1.3. Κατανάλωση καυσίμου...38 7.2.1.4. Χρονόμετρο καυσίμου...39 7.2.1.5. Σύσταση καυσίμου...39 7.2.1.6. Θερμοκρασίες καυσαερίων και περιβάλλοντος...39 7.2.1.7. Περιεκτικότητα CO 2...40 7.2.2. Βαθμός απόδοσης...41 7.2.3. Εμφάνιση προεπιλεγμένων ιδιοτήτων...42 7.2.4. Σκαρίφημα διάταξης...44 7.3. Περιορισμοί που εισήχθησαν στο πρόγραμμα και μηνύματα σφάλματος..44 7.3.1. Περιορισμοί στις θερμοκρασίες εισόδου και εξόδου νερού...45 7.3.2. Περιορισμοί στο ροόμετρο νερού Μ3...46 7.3.3. Περιορισμοί στην κατανάλωση καυσίμου...46 7.3.4. Περιορισμοί στο χρονόμετρο καυσίμου...46 7.3.5. Περιορισμοί στη σύσταση καυσίμου...46 7.3.6. Περιορισμοί στις θερμοκρασίες καυσαερίων και περιβάλλοντος...47 7.3.7. Περιορισμοί στην περιεκτικότητα CO 2...47 7.3.8. Περιορισμοί στην παροχή καυσίμου...48 7.3.9. Περιορισμοί στο βαθμό απόδοσης λέβητα...48 8. Μετατροπή Thermolab σε Διαδικτυακή Εφαρμογή με την Τεχνολογία Java Web Start... 49 8.1. Τεχνολογίες που Χρησιμοποιήθηκαν...49 8.1.1. Java...49 8.1.2. DBMS...51 8.1.3. SQL...52 8.1.4. Microsoft SQL Server...52 8.1.5. Easysoft JDBC-ODBC Bridge...53 8.1.6. Apache Web Server...54 8.1.7. Java Web Start...54 8.1.8. JSSE...59 8.1.9. Swing...61 8.1.10. Ευέλικτη Ανάπτυξη Λογισμικού (Agile)...64 8.1.10.1. Ευέλικτη ανάπτυξη: στοιχεία...64 8.1.10.2. Ευέλικτη ανάπτυξη: αρχές...65 8.1.11. HTML...66 8.1.11.1. Στήσιμο του layout...66 8.1.11.2. Εισαγωγή Εικόνων και Flash Αντικειμένων...66 9. Μετατροπή Thermolab σε Διαδικτυακή Εφαρμογή με την Τεχνολογία Java Server Pages... 69 9.1. Εισαγωγή...69 9.2. Δημιουργία Διαδικτυακής Εφαρμογής...70 9.3. Γνωριμία με το Περιβάλλον του Netbeans...72 9.4. Δημιουργία HTML σελίδων, Servlets & JSP με το NetBeans...74 3

Περιεχόμενα 9.4.1. Δημιουργία HTML σελίδων...74 9.4.2. Δημιουργία Servlets...77 9. 4.3. Δημιουργία Java Server Pages (JSP)...80 10. Συμπεράσματα - Μελλοντικές προεκτάσεις... 82 10.1. Εκπλήρωση στόχων της υλοποίησης...82 10.2. Επεκτάσεις - Βελτιώσεις...83 11. Βιβλιογραφία... 85 12. Α. Π αράρτημα... 86 12.1. Επιλογή Java Web Start...86 12.2. Σύγκριση μεθόδων...87 4

Περιεχόμενα 1. Ευρετήριο Εικόνων Εικόνα 1: Ιδιότητες Νερού...12 Εικόνα 2: Ιδιότητες Αερίων...13 Εικόνα 3: Δομικά Στοιχεία...14 Εικόνα 4: Συντελεστές Ακτινοβολίας...15 Εικόνα 5: Συντελεστές Συναγωγής...16 Εικόνα 6: Κύκλος Rankine...17 Εικόνα 7: Πειραματική Διάταξη...30 Εικόνα 8: Αρχικό παράθυρο εικονικού εργαστηρίου...33 Εικόνα 9: Αριθμομηχανή εικονικού εργαστηρίου...34 Εικόνα 10: Πρόσθετες πληροφορίες για το εικονικό εργαστήριο...34 Εικόνα 11:Δεδομένα εισόδου εικονικού εργαστηρίου...35 Εικόνα 12: Βαθμός απόδοσης εικονικού εργαστηρίου...35 Εικόνα 13:Εμφάνιση προεπιλεγμένων ιδιοτήτων...35 Εικόνα 14:Σκαρίφημα πειραματικής διάταξης...36 Εικόνα 15: Εισαγωγή θερμοκρασιών στα δεδομένα εισόδου...38 Εικόνα 16:Εισαγωγή όλων των δεδομένων εισόδου...41 Εικόνα 17:Υπολογισμός απόδοσης...42 Εικόνα 18:Εμφάνιση ιδιοτήτων...43 Εικόνα 19:Σφάλμα! Το πεδίο Θερμοκρασία Εισόδου Νερού περιέχει μη έγκυρη τιμή....45 Εικόνα 20:Σφάλμα! Το πεδίο Θερμοκρασία Εξόδου Νερού περιέχει μη έγκυρη τιμή....45 Εικόνα 21:Σφάλμα! Η Θερμοκρασία Εισόδου Νερού πρέπει να έχει μικρότερη τιμή από τη Θερμοκρασία Εξόδου Νερού...45 Εικόνα 22: Εφαρμογές Java με τη χρήση του JOB...54 Εικόνα 23: Το πλαίσιο διαλόγου New Project...70 Εικόνα 24: Επιλογή Spring Framework 2.5...72 Εικόνα 25: Το παράθυρο του NB μετά τη δημιουργία μιας εφαρμογής...73 Εικόνα 26: Καρτέλα Files Εικόνα 27: Καρτέλα Services 74 Εικόνα 28: Επιλογή δημιουργίας HTML αρχείου...75 Εικόνα 29: Δημιουργία ιστοσελίδας με το NetBeans...76 Εικόνα 30: Εκτέλεση μιας ιστοσελίδας από το παράθυρο Projects...77 Εικόνα 31: Δημιουργία ενός Servlet με το NB...78 Εικόνα 32: Εξ ορισμού ρυθμίσεις εγκατάστασης για ένα Servlet...79 Εικόνα 33: Aeria.jsp...80 Εικόνα 34: Water.jsp...81 Εικόνα 35: Radiation.jsp...81 5

Ευχαριστίες 2. Ευχαριστίες Στο σημείο αυτό θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε τους ανθρώπους με τους οποίους συνεργαστήκαμε για την εκπόνηση αυτής της Διπλωματικής Εργασίας. Ευχαριστούμε θερμά τους επιβλέποντες καθηγητές κύριο Βασίλη Χατζηαθανασίου Επίκουρο καθηγητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του Αριστοτέλειου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης και την κυρία Στέλλα Καδή Λέκτορα του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του Αριστοτέλειου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, για την ανάθεση της εργασίας, την παροχή βιβλιογραφίας, τις συμβουλές τους και τις διορθώσεις τους. Η βοήθεια τους ήταν πολύτιμη και η καθοδήγησή τους καθοριστική για την ολοκλήρωση της εργασίας αυτής. Επίσης, θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε το φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του Αριστοτέλειου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης Χαράλαμπο Ξανθοπουλάκη για τη βοήθεια που μας παρείχε στην υλοποίηση της εφαρμογής καθώς επίσης και τον Απόστολο Μιχόπουλο μεταπτυχιακό φοιτητή του Τμήματος Μηχανολόγων Μηχανικών. Τέλος, ευχαριστούμε τις οικογένειες μας για την υπομονή και την κατανόησή τους, χωρίς τη βοήθεια των οποίων δεν θα ήταν δυνατή η ολοκλήρωση των προπτυχιακών μας σπουδών. 6

Περίληψη 3. Περίληψη Σκοπός της διπλωματικής εργασίας είναι η επέκταση της εφαρμογής Thermolab με νέα λειτουργικότητα - εικονικό εργαστήριο, που θα επιτρέπει τον προσδιορισμό του ενεργειακού βαθμού απόδοσης ενός λέβητα παραγωγής θερμού νερού για διάφορες παροχές νερού είτε με την άμεση είτε με την έμμεση μέθοδο υπολογισμού του, και μετατροπής σε διαδικτυακή εφαρμογή του λογισμικού Θερμοδυναμικής και Μετάδοσης Θερμότητας (Thermolab). Σκοπός είναι να μπορούν οι φοιτητές του τμήματος να έχουν ανά πάσα στιγμή πρόσβαση στις λειτουργίες του Thermolab χωρίς να χρειάζεται να εγκαταστήσουν κάποια εφαρμογή στον υπολογιστή τους, απλά ανοίγοντας την ιστοσελίδα του τμήματος. Κάτι τέτοιο θα διευκόλυνε την εμπέδωση του μαθήματος και θα το καθιστούσε πιο ελκυστικό ανάμεσα στους φοιτητές της σχολής. Η διπλωματική αυτή εργασία περιλαμβάνει μία αναφορά στις έννοιες των μεθόδων υπολογισμού ενεργειακού βαθμού απόδοσης λέβητα, που αποτελούν το θεωρητικό υπόβαθρο της εργασίας. Ακολουθεί μια αναλυτική περιγραφή της λειτουργίας και των περιπτώσεων χρήσης του εικονικού εργαστηρίου που δημιουργήσαμε με στόχο τον υπολογισμό του βαθμού απόδοσης λέβητα. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται οι τεχνολογίες που χρησιμοποιήθηκαν για τη μετατροπή της εφαρμογής του λογισμικού Θερμοδυναμικής και Μετάδοσης Θερμότητας (Thermolab) σε διαδικτυακή (java web start, jsp). Χρησιμοποιήθηκαν δύο διαφορετικοί τρόποι για τη μετατροπή της εφαρμογής Thermolab σε διαδικτυακή. Ο πρώτος είναι με τη βοήθεια της τεχνολογίας Java Web Start, που επιτρέπει το αυτόματο κατέβασμα και εκτέλεση μέσω διαδικτύου οποιουδήποτε προγράμματος Java (και όχι μόνο των applets). Ο δεύτερος επιτεύχθηκε με τη χρήση των σελίδων εξυπηρέτησης java (java server pages) που επιτρέπει την ενσωμάτωση java κώδικα σε html. Να σημειωθεί πως στην πρώτη περίπτωση έχουμε να κάνουμε με desktop application ενώ στη δεύτερη με web based application. 7

Εισαγωγή 4. Εισαγωγή 4.1. Εισαγωγικό Σημείωμα Είναι πλέον γεγονός ότι το Internet και γενικώς η ευρύτερη έννοια του Διαδικτύου στις μέρες μας, έχει περάσει σε μία άλλη εννοιολογική διάσταση. Η εποχή που το Διαδίκτυο ξεκίνησε σαν ένα μονόδρομο μέσο απλής συλλογής ψυχαγωγικών ή ακαδημαϊκών πληροφοριών, ειδήσεων, φωτογραφιών και γενικώς μίας ψυχαγωγικής περιπλάνησης (το γνωστό surfarisma), ανήκει πια στο παρελθόν και μία νέα εποχή ξημερώνει τόσο για τον τομέα των Επιχειρήσεων και του Κράτους όσο και για τον τομέα των Υπηρεσιών και ειδικά των Ηλεκτρονικών Υπηρεσιών (eservices). Η γνωστή έκφραση e-κάτι... έχει πια γίνει επιχειρηματικό επιβεβλημένο στις μέρες μας, αναδεικνύοντας το νέο πρόσωπο του σύγχρονου Διαδικτύου, ενός διαδραστικού, έξυπνου, προσωποποιημένου, αμφίδρομου και δυναμικού δικτυακού χώρου, ο οποίος πια αλληλεπιδρά ξεχωριστά με τον κάθε χρήστη προσφέροντας του διάφορες αξιοζήλευτες υπηρεσίες και κάνοντάς τον να νομίζει ότι ο προσωπικός web explorer του είναι πια ένα προσωπικό πολυ-εργαλείο που αντικαθιστά επάξια την Τράπεζα, την Εφορία, το ΚΕΠ, τη Βιβλιοθήκη, το βιβλιοπωλείο, το πολυκατάστημα, το DVD Club. Η σύγχρονη έρευνα και τεχνολογία όμως δε μένει εδώ, το απλό κλασσικό e-commerce ή ακόμα e-government θεωρείται παγιωμένη υπηρεσία και η προσπάθεια επικεντρώνεται πια στο λεγόμενο e-business και την ευρύτερη έννοια του ASP (Application Service Provision) φιλοσοφίας, η οποία δυστυχώς στην Ελλάδα είναι ακόμα αρκετά πίσω. Τα τελευταία χρόνια η ανάπτυξη και εξέλιξη διαφόρων πλαισίων ανάπτυξης λογισμικού για Client-Server εφαρμογές οδήγησε δύο πολύ μεγάλες εταιρίες σε έναν ανεπίσημο πόλεμο με φόντο τις εφαρμοσμένες-έξυπνες δικτυακές υπηρεσίες και πολυστρωματικών (n-tier) δικτυακών πληροφοριακών συστημάτων με τη χρήση δυναμικών portals. Η γνωστή μας Microsoft με την ενοποιημένη πλατφόρμα.νετ και έναν νέο SQL Server πραγματικά πολύ βελτιωμένο και η SUN, χρόνια πιστή στο γνωστό προϊόν της (Java) με την αρχιτεκτονική J2EE και την υποστήριξη της Oracle παλεύουν να κατακτήσουν σημαντικό market share από τη νέα μελλοντική φιλοσοφία συστημάτων : web-based Information Systems. Το Internet πια, λειτουργεί σαν ένα αμφίδρομο, ενδιάμεσο στρώμα γεμάτο πληροφορία, η οποία είναι πραγματικά τεράστια μεταξύ των εκατομμύρια χρηστών ανά τον κόσμο. Τρία είναι τα σημαντικά 8

Εισαγωγή σημεία τα οποία υποστήριξαν και υποστηρίζουν αυτήν την φιλοσοφία : 1) Η ανάπτυξη δυναμικών-αμφίδρομων ιστοσελίδων (ASP, PHP, JSP etc) οι οποίες εξαλείφοντας στην ουσία την απλή στατική HTML μπορούν πια σε πολύ μεγάλο βαθμό να δημιουργήσουν μία ιδεατή και δυναμική client διεπαφή (νέου είδους δυναμικής σχεδίασης διεπαφών χρήστη) συνδυαζόμενες όλες μαζί σε έναν ενιαίο δικτυακό web server (portal, CMS), 2) η ανάπτυξη ισχυρών web-based Application servers οι οποίοι ως ενδιάμεσο στρώμα σε n-tier αρχιτεκτονική αναλαμβάνουν την πολυδιάστατη επεξεργασία των δεδομένων που προέρχονται είτε από τα αμφίδρομα portals είτε από δικτυακές βάσεις δεδομένων είτε από το Διαδίκτυο και τέλος 3) η ανάπτυξη σύνθετων δικτυακών Βάσεων δεδομένων και η σύνδεσή τους σε ένα web interface (embedded SQL, ODBC, JDBC), είτε για απλές εφαρμογές (MySQL) είτε για πιο σύνθετες (SQL Server, DB2, Oracle). 4.2. Σκοπός της Εργασίας Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την επέκταση εφαρμογής Thermolab με νέα λειτουργικότητα Εικονικό εργαστήριο μέτρησης απόδοσης ατμολέβητα-, και μετατροπής σε διαδικτυακή εφαρμογή του λογισμικού Θερμοδυναμικής και Μετάδοσης Θερμότητας (Thermolab), με σκοπό την εμπέδωση του μαθήματος. Η αφορμή για τη σύλληψη του θέματος δόθηκε από τη μετατροπή client-based εφαρμογών σε server-based εφαρμογές. Προσπαθώντας να συμβαδίσουμε με τα νέα δεδομένα, στα πλαίσια των server-based εφαρμογών, το Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Τομέας Ηλεκτρικής Ενέργειας- πρότεινε την επέκταση και τη μετατροπή της εφαρμογής Thermolab σε διαδικτυακή καθιστώντας το μάθημα που τη χρησιμοποιεί πιο ελκυστικό ανάμεσα στους φοιτητές της σχολής. 4.3. Διάρθρωση του Κειμένου Η παρούσα εργασία περιλαμβάνει 12 κεφάλαια. Τα 4 πρώτα περιλαμβάνουν τις ευχαριστίες και κάποια εισαγωγικά σχόλια. Στο πέμπτο κεφάλαιο ακολουθεί μία μικρή περιγραφή της εφαρμογής Thermolab στην αρχική της μορφή όπως έχει υλοποιηθεί το 2003 από τους φοιτητές Χαράλαμπο Ξανθοπουλάκη και Χαράλαμπο Βασιλόπουλο. Στο έκτο κεφάλαιο αναπτύσσονται οι βασικές μέθοδοι προσδιορισμού του ενεργειακού βαθμού απόδοσης ενός λέβητα παραγωγής θερμού νερού για διάφορες παροχές νερού. Οι μέθοδοι αυτές ενσωματώνονται στο Εικονικό Εργαστήριο. 9

Εισαγωγή Στο έβδομο κεφάλαιο παρουσιάζεται το Εικονικό Εργαστήριο. Επιπλέον αναφορά γίνεται στον τρόπο υλοποίησης και στα εργαλεία που χρησιμοποιήθηκαν για την ολοκλήρωση του. Στο όγδοο κεφάλαιο παρουσιάζεται η μετατροπή της εφαρμογής σε διαδικτυακή με τη χρήση της τεχνολογίας Java Web Start, η οποία επιτρέπει στο χρήστη να κατεβάζει, να εγκαθιστά και να λειτουργεί το λογισμικό με ένα απλό πάτημα κουμπιού σε ένα σύνδεσμο κάποιας ιστοσελίδας (με την προϋπόθεση ότι ο χρήστης έχει εγκατεστημένη την Java). Έτσι το λογισμικό μπορεί να λειτουργήσει τόσο από τη δικτυακή σελίδα όσα και από τον ίδιο τον Η/Υ με το σχετικό εικονίδιο. Στο ένατο κεφάλαιο δίνεται μια αναλυτική περιγραφή του δεύτερου τρόπου μετατροπής της εφαρμογής σε διαδικτυακή με τη χρήση γλώσσας JSP (Java Server Pages). Τέλος, στο δέκατο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα συμπεράσματα της εργασίας και δίνονται οι κατευθυντήριες γραμμές για μελλοντική επέκτασή της. Ακολουθούν 2 κεφάλαια με τη βιβλιογραφία και το παράρτημα. 10

Περιγραφή Thermolab 5. Περιγραφή Εφαρμογής Thermolab 5.1. Εισαγωγή Η εφαρμογή Thermolab είναι γραμμένη σε Java και συνδέεται σε μια βάση δεδομένων της MS Access, όπου και είναι αποθηκευμένα τα διάφορα θερμοδυναμικά δεδομένα. Τόσο το πρόγραμμα όσο και η εφαρμογή βρίσκονται στο CD που μοιράζει το τμήμα και κατά την εγκατάσταση εγγράφονται στο σκληρό δίσκο του χρήστη. Οι αλγόριθμοι υπολογισμού των θερμοδυναμικών ιδιοτήτων είναι υλοποιημένοι σε Java. Η εφαρμογή αυτή, χρησιμοποιείται στα πλαίσια του μαθήματος Μετάδοση Θερμότητας και Θερμοδυναμικής. Τα κύρια αντικείμενα της Μετάδοσης Θερμότητας αφορούν στους τρόπους (μηχανισμούς) με τους οποίους μεταφέρεται η θερμότητα και στους ρυθμούς με τους οποίους πραγματοποιείται η μεταφορά αυτή. Συμπληρώνει δηλαδή τη Θερμοδυναμική η οποία, όπως είναι γνωστό, ασχολείται με τις τελικές καταστάσεις των διαδικασιών κατά τις οποίες έχουμε αλληλεπίδραση ενός συστήματος με το περιβάλλον-κατά την αλληλεπίδραση αυτή πραγματοποιείται η μεταφορά ενέργειας- χωρίς όμως να παρέχει καμία πληροφορία τόσο για τον τρόπο (μηχανισμό) της αλληλεπίδρασης όσο και για τους ρυθμούς μεταφοράς της ενέργειας. Οι μηχανισμοί με τους οποίους μεταδίδεται η θερμότητα είναι οι εξής: 1. Αγωγή: είναι o μηχανισμός με τον οποίο η θερμότητα διαχέεται σ ένα στερεό ή σε ακίνητο ρευστό, όταν στο μέσο υπάρχει θερμοκρασιακή κλίση. 2. Συναγωγή: είναι η μετάδοση θερμότητας που πραγματοποιείται μεταξύ μιας επιφάνειας και ενός κινούμενου ρευστού σε επαφή με την επιφάνεια, όταν αυτά βρίσκονται σε διαφορετική θερμοκρασία. 3. Ακτινοβολία: είναι ο μηχανισμός μετάδοσης θερμότητας από ένα σώμα σε ένα άλλο μέσω ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. 5.2. Συνιστώντα Μέρη Thermolab Το παράθυρο της εφαρμογής Thermolab αποτελείται από 7 καρτέλες ("JTabbedPanes"). Αυτές οι καρτέλες περιγράφονται εν συντομία:

Περιγραφή Thermolab 5.2.1. Ιδιότητες Νερού Η καρτέλα Ιδιότητες νερού (Εικόνα 1) αφορά τον υπολογισμό ιδιοτήτων του νερού. Οι ιδιότητες του νερού υπολογίζονται συναρτήσει διαφόρων παραμέτρων που πληκτρολογούνται στα σχετικά πεδία, με απλές κινήσεις του ποντικιού. Όταν οριστούν οι τιμές, αρκεί ένα κλίκ στο κουμπί Υπολογισμός για την εμφάνιση αποτελεσμάτων. Εικόνα 1: Ιδιότητες Νερού 12

Περιγραφή Thermolab 5.2.2. Ιδιότητες Αερίων Η καρτέλα Ιδιότητες αερίων (Εικόνα 2) υπολογίζει τις ιδιότητες διαφόρων αερίων με παρόμοιο τρόπο. Εικόνα 2: Ιδιότητες Αερίων 13

Περιγραφή Thermolab 5.2.3. Δομικά Στοιχεία Στην καρτέλα Δομικά Υλικά (Εικόνα 3) ο χρήστης μπορεί να "χτίσει" ένα δομικό στοιχείο χρησιμοποιώντας τα συνηθέστερα δομικά και μονωτικά υλικά. Το σχεδιάγραμμα που βρίσκεται στο κάτω μέρος αναπαριστά το δομικό στοιχείο του χρήστη κι ενημερώνεται δυναμικά. Ο χρήστης μπορεί να επιλέξει από μία πληθώρα δομικών και μονωτικών υλικών. Εικόνα 3: Δομικά Στοιχεία 14

Περιγραφή Thermolab 5.2.4. Συντελεστές Ακτινοβολίας Στην τέταρτη καρτέλα της εφαρμογής υπολογίζονται οι συντελεστές ακτινοβολίας διαφόρων επιφανειών.(εικόνα 4). Εικόνα 4: Συντελεστές Ακτινοβολίας 15

Περιγραφή Thermolab 5.2.5. Συντελεστές Συναγωγής Υπάρχουν δύο καρτέλες για τους Συντελεστές συναγωγής (Εικόνα 5) στις οποίες αναλύονται προβλήματα συναγωγής για τις συνηθέστερες γεωμετρίες. Εικόνα 5: Συντελεστές Συναγωγής 16

Περιγραφή Thermolab 5.2.6. Κύκλος Rankine Στην τελευταία καρτέλα Κύκλος Rankine (Εικόνα 6) παρέχεται η δυνατότητα πλήρους ανάλυσης ενός απλού ή σύνθετου κύκλου Rankine. Το σχεδιάγραμμα αναπαριστά τις τρέχουσες συσκευές του κύκλου και ενημερώνεται δυναμικά. Εικόνα 6: Κύκλος Rankine 17

Απόδοση Λέβητα 6. Απόδοση Λέβητα 6.1. Θεωρητικό Υπόβαθρο Ορισμός Βαθμού Απόδοσης Ο βαθμός απόδοσης λέβητα ορίζεται ως ο λόγος του συνολικού θερμικού έργου που αποδίδει ο λέβητας (ωφέλιμο έργο) προς το αντίστοιχο θερμικό έργο που προσδίδεται σε αυτόν (καταναλισκόμενο έργο), δηλαδή είναι ο λόγος της ωφέλιμης ενέργειας προς την καταναλισκόμενη ενέργεια. Ο βαθμός απόδοσης λέβητα, γενικά, υπολογίζεται από τη σχέση: n B Q& = Q& ωφ *100% (1) Πιο συγκεκριμένα το συνολικό ωφέλιμο έργο ενός λέβητα είναι αυτό που προσδίδεται στο τροφοδοτικό νερό προκειμένου αυτό να θερμανθεί ενώ το θερμικό έργο που προσδίδεται στο λέβητα, δηλαδή καταναλώνεται, είναι η θερμική ενέργεια που απελευθερώνεται από την καύση του καυσίμου. Ο βαθμός απόδοσης ενός λέβητα μπορεί να προσδιοριστεί με δύο τρόπους : 1.Άμεση μέθοδος 2.Έμμεση μέθοδος Στην άμεση μέθοδο ο υπολογισμός της απόδοσης του λέβητα γίνεται απ ευθείας με τον υπολογισμό της ωφέλιμης ενέργειας μέσω της αύξησης της θερμοκρασίας του παρεχόμενου νερού. Αντίθετα στην έμμεση μέθοδο η απόδοση του λέβητα προκύπτει μέσω του προσδιορισμού των απωλειών θερμότητας στο λέβητα και συγκεκριμένα των απωλειών καπνοδόχου. Σε ένα λέβητα παρόλο που οι απώλειες της θερμότητας στο περιβάλλον αποτελούν ένα μεγάλο ποσοστό των απωλειών, εκτός από αυτές θα έπρεπε να είχαν συμπεριληφθεί τόσο οι απώλειες εστίας, όσο και οι απώλειες θερμότητας λόγω της θερμοκρασίας των καταλοίπων της καύσης και τις απώλειες θερμότητας στο περιβάλλον με συναγωγή και ακτινοβολία.

Απόδοση Λέβητα 6.2. Περιγραφή Μεθοδολογίας Προσέγγισης 6.2.1. Άμεσος Προσδιορισμός Στον άμεσο προσδιορισμό η ωφέλιμη ενέργεια είναι αυτή που παραλαμβάνεται από το παραγόμενο θερμό νερό, ενώ η ενέργεια που καταναλώνεται είναι αυτή που παρέχεται στη διάταξη με τη μορφή χημικής ενέργειας του καυσίμου. Πιο συγκεκριμένα, η ενέργεια που παραλαμβάνεται από το παραγόμενο θερμό νερό μπορεί να προσδιοριστεί ως η διαφορά της ενθαλπίας του νερού στην είσοδο και την έξοδο του λέβητα. Επομένως, για τον προσδιορισμό της απαιτείται η μέτρηση παροχής του νερού που διέρχεται από το λέβητα και η αύξηση της θερμοκρασίας που επιτυγχάνεται. Επιπλέον, η ενέργεια που παρέχεται στο λέβητα με μορφή χημικής ενέργειας είναι το γινόμενο της θερμογόνου δύναμης του καυσίμου επί την παροχή καυσίμου προς το λέβητα (κατανάλωση καυσίμου). Θερμική ενέργεια προσδίδει και ο αέρας. Άρα, στην περίπτωση που το καύσιμο είναι γνωστό, δηλαδή και η θερμογόνος δύναμή του είναι γνωστή, για τον προσδιορισμό της παρεχόμενης ενέργειας απαιτείται μόνο η μέτρηση της κατανάλωσης καυσίμου. Εάν το καύσιμο δεν είναι γνωστό τότε θα πρέπει να γίνει και προσδιορισμός της θερμογόνου δύναμης του. 6.2.2. Έμμεσος Προσδιορισμός Αν για διάφορους λόγους οι παροχές νερού και καυσίμου δεν είναι γνωστές τότε για τον υπολογισμό του βαθμού απόδοσης του λέβητα χρησιμοποιούμε την έμμεση μέθοδο. Όπως αναφέραμε προηγουμένως, θεωρώντας ότι οι απώλειες θερμότητας σ ένα λέβητα παραγωγής θερμού νερού είναι κυρίως απώλειες καπνοδόχου, ο ενεργειακός βαθμός απόδοσης μπορεί να εκτιμηθεί και μέσω του προσδιορισμού της θερμικής ενέργειας που απορρίπτεται στο περιβάλλον με το καυσαέριο. Η ενέργεια αυτή εξαρτάται από την παροχή μάζας, τη θερμοκρασία και την ειδική θερμοχωρητικότητα του καυσαερίου. Επομένως, για την εκτίμηση της παροχής μάζας προσδιορίζεται η ποιότητα του καυσίμου μίγματος στο θάλαμο καύσης από την περιεκτικότητα του καυσαερίου σε διοξείδιο του άνθρακα (στους λέβητες το μονοξείδιο του άνθρακα είναι μικρότερο των 50 ppm οπότε θεωρούμε πως είναι μηδέν). Για την εκτίμηση του ενεργειακού περιεχομένου αυτής της παροχής προφανώς απαιτείται και η θερμοκρασία της ροής. 19

Απόδοση Λέβητα 6.3. Μαθηματική διατύπωση Μεθοδολογίας Προσέγγισης 6.3.1. Άμεσος Προσδιορισμός Η ωφέλιμη ισχύς, δηλαδή αυτή που παραλαμβάνεται από το παραγόμενο θερμό νερό υπολογίζεται από τον τύπο: ( )[ ] Q& = m& h h W (2) ωφ νερού εξ εισ Η ενέργεια που καταναλώνεται, δηλαδή αυτή που παρέχεται στη διάταξη με τη μορφή χημικής ενέργειας του καυσίμου υπολογίζεται από τον τύπο: καυσ ίμου u [ ] Q& = m& H W (3) Επομένως, ο βαθμός απόδοσης του λέβητα προκύπτει από τον τύπο: n B ( ) Q& m& ύ h h ωφ νερο εξ εισ = *100% nb = *100% Q& m& H καυσ ίμου u (4) 6.3.2. Έμμεσος Προσδιορισμός Η ενέργεια που παραλαμβάνεται από το καύσιμο που καίγεται υπολογίζεται από τον τύπο: B u [ ] Q& = m& H W (5) Η θερμική ενέργεια που απορρίπτεται στο περιβάλλον με το καυσαέριο υπολογίζεται από τον τύπο: B k [ ] Q& m& q W (6) απωλ = Επομένως, ο βαθμός απόδοσης του λέβητα προκύπτει από τον τύπο: n B Q Q = & & Q& απωλ *100% (7) 6.4. Αναμενόμενες Αποκλίσεις μεταξύ των δύο Μεθόδων και Αιτιολόγηση Οι δύο μέθοδοι που χρησιμοποιήθηκαν για τον υπολογισμό του βαθμού απόδοσης του λέβητα είναι ο άμεσος και ο έμμεσος προσδιορισμός. Ο υπολογισμός του βαθμού απόδοσης μέσω του άμεσου προσδιορισμού απαιτεί τη γνώση της ωφέλιμης ενέργειας (ενέργεια που αποδίδεται στο τροφοδοτικό νερό) και της καταναλισκόμενης ενέργειας (ενέργεια που παρέχεται στο λέβητα με μορφή χημικής ενέργειας μέσω του καυσίμου). Η ωφέλιμη ενέργεια υπολογίζεται από 20

Απόδοση Λέβητα τον τύπο (2) ενώ η καταναλισκόμενη από τον τύπο (3). Έτσι, ο βαθμός απόδοσης προκύπτει ως το πηλίκο των δύο ενεργειών: n B ( ) Q& m& ύ h h ωφ νερο εξ εισ = *100% nb = *100% Q& m& H καυσ ίμου Από την άλλη πλευρά, ο υπολογισμός του βαθμού απόδοσης μέσω του έμμεσου προσδιορισμού απαιτεί τη γνώση της ενέργειας που αποβάλλεται από το σύστημα με τη μορφή απωλειών (στη συγκεκριμένη περίπτωση με τη μορφή απωλειών στην καπνοδόχο (6) ), και της καταναλισκόμενης ενέργειας (ενέργεια που παρέχεται στο λέβητα με μορφή χημικής ενέργειας μέσω του καυσίμου (5) ). Έτσι, ο Q Qαπωλ βαθμός απόδοσης προκύπτει ως το πηλίκο: n B = & & *100%. Q& Από τα παραπάνω είναι αναμενόμενες κάποιες αποκλίσεις. Στην άμεση μέθοδο θα πρέπει να μετρηθεί η παροχή θερμού νερού στο λέβητα καθώς επίσης και η θερμοκρασία του στην είσοδο και στην έξοδο από αυτόν. Αυτό είναι κάτι το οποίο δε συμπεριλαμβάνεται στα δεδομένα που είναι απαραίτητα για τον υπολογισμό του βαθμού απόδοσης με τον έμμεσο προσδιορισμό. Στον έμμεσο, δηλαδή, προσδιορισμό δε χρησιμοποιούμε ως δεδομένο την ωφέλιμη ενέργεια (θερμό νερό στην έξοδο του λέβητα) αλλά την ενέργεια που χάνεται από το σύστημα υπό μορφή απωλειών, η οποία είναι αφαιρούμενη από την ενέργεια που παρέχει το καύσιμο δίνει τώρα πλέον την «ωφέλιμη ενέργεια». Στον έμμεσο προσδιορισμό ένα από τα όργανα μετρήσεων είναι ο αναλυτής καυσαερίων που μας δίνει την περιεκτικότητα του καυσαερίου σε CO 2. Μία επισήμανση είναι ότι και οι δύο μέθοδοι έχουν ως κοινό τους στοιχείο την ενέργεια που προσδίδεται στο λέβητα μέσω του καυσίμου. Μπορούμε να πούμε πως η άμεση μέθοδος αντικατοπτρίζει καλύτερα την πραγματικότητα και το βαθμό απόδοσης που αντιστοιχεί σε ένα λέβητα σαν αυτόν που χρησιμοποιεί στο εργαστήριο. Αυτό συμβαίνει διότι έχουμε όλα τα στοιχεία για να υπολογίσουμε την ενέργεια που καταναλώνεται και όλα εκείνα τα δεδομένα που είναι απαραίτητα για τον υπολογισμό της ωφέλιμης ενέργειας ενώ στον άμεσο προσδιορισμό παρότι γνωρίζουμε επακριβώς την ενέργεια που καταναλώνεται στο λέβητα η ωφέλιμη ενέργεια προκύπτει ως η διαφορά αυτής και της ενέργειας απωλειών μονάχα από την καπνοδόχο. Σε ένα λέβητα παρόλο που οι απώλειες της θερμότητας στο περιβάλλον αποτελούν ένα μεγάλο ποσοστό των απωλειών, εκτός u 21

Απόδοση Λέβητα από αυτές θα έπρεπε να είχαν συμπεριληφθεί τόσο οι απώλειες εστίας, όσο και οι απώλειες θερμότητας λόγω της θερμοκρασίας των καταλοίπων της καύσης και τις απώλειες θερμότητας στο περιβάλλον με συναγωγή και ακτινοβολία. Επομένως, αφού οι τελευταίες δεν συμπεριλήφθηκαν ήταν λογικό και αναμενόμενο ο βαθμός απόδοσης να βγει πιο μεγάλος αφού και η ωφέλιμη ενέργεια ήταν σαφώς μεγαλύτερη από αυτή που βρήκαμε στην άμεση μέθοδο. 6.5. Παράγοντες που επηρεάζουν το βαθμό απόδοσης του λέβητα Όπως προαναφέραμε ο βαθμός απόδοσης ενός λέβητα εκφράζει το ποσοστό της θερμογόνου δύναμης του καυσίμου που εκμεταλλεύεται το σύστημα καυστήραςλέβητας μεταφέροντας θερμότητα στο νερό του λέβητα. Υπάρχουν μια σειρά από παράμετροι οι οποίες επηρεάζουν το βαθμό απόδοσης και μπορεί να έχουν σαν συνέπεια τη μείωσή του. Ένας πρώτος πολύ σημαντικός παράγοντας που επηρεάζει την απόδοση ενός λέβητα είναι η θερμοκρασία εξόδου των καυσαερίων η οποία είναι ενδεικτική του θερμικού περιεχομένου και του βαθμού αξιοποίησής τους. Σ ένα λέβητα τα καυσαέρια που αποβάλλονται είναι θερμά. Υψηλή τιμή θερμοκρασίας καυσαερίων καταδεικνύει αυξημένες απώλειες λόγω του ότι ένα σημαντικά μεγάλο ενεργειακό περιεχόμενο του καυσίμου διαφεύγει αναξιοποίητο στο περιβάλλον. Οι απώλειες που προκύπτουν είναι τόσο πιο μεγάλες όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του περιβάλλοντος (αέρας καύσης) και των καυσαερίων. Για τον περιορισμό των απωλειών αυτών είναι ανάγκη να περιοριστεί η θερμοκρασία των καυσαερίων. Οι απώλειες καυσαερίων εξαρτώνται επίσης και από την ποσότητα των καυσαερίων που αποβάλλονται. Κατά τη διάρκεια της καύσης δε θα πρέπει να έχουμε μεγάλη περίσσεια αέρα γιατί ο αέρας που περισσεύει εισέρχεται ψυχρός και αποβάλλεται θερμός από την καπνοδόχο χωρίς να αποδίδει τη θερμική του ενέργεια γεγονός που συνίσταται σε απώλεια ενέργειας. Πρακτικά το ποσοστό περίσσειας αέρα πρέπει να είναι όσο απαιτείται ώστε να μην υπάρχουν άκαυτα μόρια καυσίμου. Μία ακόμη παράμετρος που επιδρά στο βαθμό απόδοσης ενός λέβητα είναι το ποσοστό του διοξειδίου του άνθρακα (CO2) που περιέχεται στα καυσαέρια. Το ποσοστό αυτό είναι ένδειξη της περίσσειας αέρα που έγινε η καύση. Δηλαδή όσο πιο ψηλό είναι το ποσοστό του CO2 τόσο η καύση πλησιάζει την τέλεια (μικρή περίσσεια αέρα). Η ατελής καύση είναι απαράδεκτη και ανεπιθύμητη γιατί δημιουργεί απώλεια 22

Απόδοση Λέβητα ενέργειας. Δεν επιτρέπει να απολειφθεί όλη η θερμογόνος δύναμη του καυσίμου ενώ τα άκαυστα κατάλοιπα εμφανίζονται με τη μορφή μονοξειδίου του άνθρακα (CO) και αιθάλης που αποτελείται κυρίως από άνθρακα. Σε περίπτωση που διαπιστωθεί ατελής καύση του μίγματος αέρα-καυσίμου επιβάλλεται να γίνει ρύθμιση της καύσης. Έτσι, γίνεται προσπάθεια ώστε το μίγμα αέρα-καυσίμου να περιέχει μικρή ποσότητα οξυγόνου περισσότερη από ότι χρειάζεται για την πλήρη καύση του καυσίμου. 6.6. Μετρούμενα Μεγέθη και Περιγραφή των Οργάνων 6.6.1. Άμεσος Προσδιορισμός Τα μεγέθη που εισάγουμε για τον άμεσο προσδιορισμό του βαθμού απόδοσης και ο τρόπος μέτρησης τους είναι: 6.6.1.1.Μάζα καυσίμου που καταναλώνει ο λέβητας Η μάζα του καυσίμου μετράται με μία ζυγαριά πάνω στην οποία είναι τοποθετημένο το καύσιμο, οπότε παίρνοντας την αρχική και την τελική τιμή της μάζας του καυσίμου προκύπτει η μάζα που καταναλώθηκε. 6.6.1.2.Χρόνος στον οποίο καταναλώνεται η μάζα καυσίμου που ζυγίστηκε Ο χρόνος στον οποίο καταναλώνεται η μάζα καυσίμου που ζυγίστηκε μετράται με ένα χρονόμετρο. 6.6.1.3.Παροχή θερμού νερού λέβητα Η παροχή θερμού νερού στην είσοδο του λέβητα μετράται με τη βοήθεια ενός ροόμετρου νερού και του χρονομέτρου. θερμόμετρο. θερμόμετρο. 6.6.1.4.Θερμοκρασία νερού στην είσοδο του λέβητα Η θερμοκρασία του νερού στην είσοδο του λέβητα μετράται με ψηφιακό 6.6.1.5.Θερμοκρασία νερού στην έξοδο του λέβητα Η θερμοκρασία του νερού στην έξοδο του λέβητα μετράται με ψηφιακό 6.6.2. Έμμεσος Προσδιορισμός Τα μεγέθη που εισάγουμε για τον έμμεσο προσδιορισμό του βαθμού απόδοσης και ο τρόπος μέτρησης τους είναι: 23

Απόδοση Λέβητα 6.6.2.1.Περιεκτικότητα καυσαερίου σε διοξείδιο του άνθρακα Η περιεκτικότητα του καυσαερίου σε διοξείδιο του άνθρακα μετράται με έναν αναλυτή καυσαερίου επιλεκτικής απορρόφησης υπέρυθρης ακτινοβολίας. 6.6.2.2.Μάζα καυσίμου που καταναλώνει ο λέβητας Η μάζα του καυσίμου μετράται με μία ζυγαριά πάνω στην οποία είναι τοποθετημένο το καύσιμο, οπότε παίρνοντας την αρχική και την τελική τιμή της μάζας του καυσίμου προκύπτει η μάζα που καταναλώθηκε. 6.6.2.3.Χρόνος στον οποίο καταναλώνεται η μάζα καυσίμου που ζυγίστηκε Ο χρόνος στον οποίο καταναλώνεται η μάζα καυσίμου που ζυγίστηκε μετράται με ένα χρονόμετρο. 6.6.2.4.Θερμοκρασία καυσαερίου Η θερμοκρασία του καυσαερίου μετράται με ψηφιακό θερμόμετρο. 6.6.2.5.Θερμοκρασία περιβάλλοντος Η θερμοκρασία του περιβάλλοντος μετράται με ψηφιακό θερμόμετρο. 6.7. Βήματα Υπολογισμού απόδοσης λέβητα 6.7.1. Άμεσος Προσδιορισμός i. Υπολογισμός h out Αρχικά υπολογίζουμε την ενθαλπία εξόδου h out στη θερμοκρασία εξόδου T out του νερού από το λέβητα χρησιμοποιώντας τα πρόσφατα πρωτόκολλα της IAPWS που χρησιμοποιήθηκαν και στην εφαρμογή Thermolab. Η αναλυτική παρουσίαση των εμπειρικών σχέσεων που χρησιμοποιούνται από το εκάστοτε πρωτόκολλο ξεφεύγει από τους σκοπούς αυτού του βιβλίου. Ο αναγνώστης μπορεί κάλλιστα να μεταβεί στο δικτυακό τόπο της IAPWS (www.iapws.org) για να μελετήσει τα σχετικά πρωτόκολλα. ii. Υπολογισμός h in Ομοίως υπολογίζουμε την ενθαλπία εξόδου h in στη θερμοκρασία εισόδου T in του νερού στο λέβητα με τα πρωτόκολλα της IAPWS. 24

Απόδοση Λέβητα & νερ iii. Υπολογισμός m ο ύ 3 m /h Μετατρέπουμε την παροχή Μ3 από σε kg/sec στη θερμοκρασία T in. Χρησιμοποιώντας τα πρωτόκολλα της IAPWS βρίσκουμε την πυκνότητα του νερού στη θερμοκρασία T in (d) iv. Υπολογισμός Q & m & νερού = (Μ3*1000*d) / 3600 kg/sec ωφ Q & = m & *(h -h ) (kw) ωφ νερού out in Q & ωφ' = Q & ωφ *t 1 (kj) (t 1 ο χρόνος στον οποίο καταναλώνεται η μάζα καυσίμου) (8) (9) (10) v. Υπολογισμός m& καυσ ί μου Υπολογίζουμε τη m& καυσ ί μου σαν το λόγο της μάζας καυσίμου που καταναλώθηκε σε χρόνο t 1 προς το χρόνο αυτό ( m& kg/sec) καυσίμου vi. vii. Υπολογισμός Θερμογόνου δύναμης Ηu Υπολογίζουμε τη θερμογόνο δύναμη του καυσίμου από τη σύσταση του σύμφωνα με τον τύπο Υπολογισμός Q & Hu = 32850c + 120320h + 9320s (11) Q & = m & καυσίμου *Ηu (kw) (12) viii. Υπολογισμός απόδοσης λέβητα η = (Q& Β ωφ /Q)*100% & (13) 6.7.2. Έμμεσος Προσδιορισμός Διευκρινίσεις q *(h h ) κ =μg περιβ καυσ μ G : μάζα καυσαερίου ανά κιλό καυσίμου 25

Απόδοση Λέβητα : ενθαλπία καυσαερίου στη θερμοκρασία περιβάλλοντος Tout h περιβ h καυσ :ενθαλπία καυσαερίου στη μετρούμενη θερμοκρασία του καυσαερίου Tin h περιβ = [c ]*T h [c ]* T καυσ = p p ' out ' in Ανάλυση καυσαερίου Από τον πίνακα που περιλαμβάνει τις εξισώσεις καύσης και τις σχέσεις ποσοτήτων για τέλεια καύση και τον οποίο παραθέτουμε παρακάτω C+ O2 CO2 H2 + 0.5O2 H 2 O S+ O2 SO2 1kmolC + 1kmolO2 = 1kmolCO2 1kmolH + 0.5kmolO 2 2 = 1kmolH2O 1kmolS + 1kmolO2 = 1kmolS2O 1kgC + 2.664kgO2 = 3.664kgCO2 1kgH2 + 7.937kgO2 = 8.937kgH2O 1kgS + 0.998kgO2 = 1.998kgSO2 και το γεγονός ότι ο αέρας μπορεί να θεωρηθεί σαν μίγμα δύο μόνο συστατικών, O2 και N2,με κατά βάρος αναλογία 23,21% και 76,79% αντίστοιχα προκύπτουν τα εξής : CO2 3,664c 3,664c H2O 8,937h 8,937h SO2 1,998s 1,998s O2 0,232(λ-1)lmin 0,232(λ-1)lmin N2 0,768λlmin 0,768λlmin μ = 3, 664c + 8,937h + 1,998s + 0, 232( λ 1)l + 0, 768λl G Βήματα i. Εύρεση λ Για την καύση του C έχουμε C+ O2 CO2 δηλαδή έχουμε 12, 01kgC + 32kgO2 = 44, 01kgCO2 min min 26

Απόδοση Λέβητα 44,01 οπότε 1kgC = 3,664kgCO2 ή 12,01 3,664 1,865Nm 3 CO2 1,965 = 3 ( 1kmol = 22, 4Nm άρα 44, 01kg 22, 4Nm 3 3 = 1,965kg / Nm ειδική μάζα ) CO 2 Αν είναι γνωστή η περιεκτικότητα των ξηρών καυσαερίων σε ξηρών καυσαερίων (για καύση με περίσσεια αέρα) θα είναι 1,865c 3 V GT = Nm /kg ΥCO 2 CO 2 τότε ο όγκος των (14) Έπειτα βρίσκουμε τον όγκο του ξηρού καυσαερίου στη στοιχειομετρική καύση. Έχουμε: 1kmolC + 1kmolO2 + 3, 76kmolN2 1kmolCO2 + 3, 76kmolN2 3 Έχοντας υπ όψιν μας ότι 1kmol = 22, 4Nm και ότι το μοριακό βάρος του C είναι 12, 22,4 22,4 3 1kg C θα δώσει + 3, 76* = 8,89Nm καυσαερίου. Όμοια για το θείο (S) θα 12 12 8.89*12 3 έχουμε = 3,33Nm / kg καυσίμου (το μοριακό βάρος του S είναι 32). 32 Επίσης έχουμε 2H2 + O2 + 3,76N 2 2H2O + 3,76N 2 3 Λαμβάνοντας πάλι υπ όψη ότι 1kmol = 22, 4Nm και ότι το μοριακό βάρος του 3, 76* 22, 4 3 υδρογόνου είναι 2, 1kg H 2 θα δώσει κατά την καύση του = 21,1Nm 4 ξηρού καυσαερίου στο οποίο θα εμφανιστεί μόνο η ποσότητα του N 2 που υπάρχει στον αέρα. Άρα ο όγκος του ξηρού καυσαερίου στη στοιχειομετρική καύση θα είναι: ξηρο καυσαερ ου kgκαυσ ίμου 3 V GOT = 8,89c +21,1h + 3,33s + 0,796n =8,89c+21,1h+ 3,33s Nm ύ ί (15),όπου το h αναφέρεται στο διαθέσιμο υδρογόνο (το υδρογόνο που διατίθεται για την καύση). Ο ελάχιστος αέρας της καύσης είναι: L min = 8,89c + 26,7h + 3,33s=8,89c+26,7h +3,33s 3 Nm αέρα kgκαυσίμου (16) Η συνολική ποσότητα καυσαερίων μαζί με υδρατμούς (καύση με περίσσεια αέρα) είναι: V = V + V + L ( λ 1) G GT (H2O) o min 27

Απόδοση Λέβητα Ισχύει: V = V V = V + V + L ( λ 1) V = V + L ( λ 1) GT G (HO) 2 o GT (HO) 2 o min (HO) 2 o GT min Άρα GT G0T V V λ= 1+ (17) L min Πρέπει για αέρια καύσιμα λ = 1,08~1,1 για υγρά καύσιμα λ = 1,1~1,2 για στερεά καύσιμα λ = 1,2~1,4 ii. Εύρεση ανάλυσης καυσαερίου Ο ελάχιστος αέρας lmin υπολογίζεται σύμφωνα με τους τύπους: kgo2 o min = 2,664c + 7,937h + 0,998s = 2,664c+7,937h+ 0,998s kgκαυσίμου (18) l = o /0,232 min min kgαέρα kgκαυσίμου (19) Οπότε: Ανάλυση καυσαερίου CO2 3,664c H2O 8,937h SO2 1,998s O2 0,232(λ-1)lmin N2 0,768λlmin iii. Εύρεση μg μ = CO + H O + SO + O + N = 3, 664c + 8,937h + 1,998s + 0, 232( λ 1)l + 0, 768λl G 2 2 2 2 2 min min iv. Εύρεση ποσοστών μάζας των μεμονωμένων συστατικών του καυσαερίου ξi (20) ξ 1 = CO 2 / μg για το CO2 ξ 2 = HO/ 2 μg για το HO 2 ξ 3 = SO 2 / μg για το SO 2 ξ 4 = O 2 / μg για το O 2 ξ 5 = N 2 / μg για το N 2 28

Απόδοση Λέβητα v. Εύρεση h περιβ Από την εφαρμογή thermo υπολογίζουμε τα cp, i=1,,5 για CO2, HO 2,SO 2, O, 2 N2 αντίστοιχα. [ c ] = ξ *x =ξ *x +ξ *x +ξ *x +ξ *x +ξ *x Άρα p i i 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 h = [c ]*T ' Gout p out x i vi. Εύρεση h CO2 HO 2 2 2 N2 καυσ Από την εφαρμογή thermo υπολογίζουμε τα cp, i=1,,5 για,,so, O, αντίστοιχα. [c ]' = ξ *x =ξ *x +ξ *x +ξ *x +ξ *x +ξ *x p i i 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 Άρα h = [c ]'*T ' Gin p in x i vii. Το q k Εύρεση qκ q = μ κ *(h h ) G Gout Gin βγαίνει αρνητικό γιατί εκφράζει απώλειες (μετά αντικαθίσταται χωρίς (21) πρόσημο). Επίσης οι απώλειες μπορούν να υπολογιστούν σε μορφή ποσοστού: σ = (q /Hu)*100 κ κ (22) viii. Υπολογισμός Θερμογόνου δύναμης Ηu Υπολογίζουμε τη θερμογόνο δύναμη του καυσίμου από τη σύσταση του σύμφωνα με τον τύπο Hu = 32850c + 120320h + 9320s ix. Εύρεση Q & απωλ Q & = m & * q (W) απωλ B κ (23) m& B η μάζα του καυσίμου που καταναλώθηκε x. Εύρεση Q & Q & = m & *Hu (kj) B (24) m& B η μάζα του καυσίμου που καταναλώθηκε xi. Εύρεση απόδοσης 29

Απόδοση Λέβητα ή αλλιώς Q Qαπωλ n B = & *100 Q& (25) nb = 100 σ κ (26) 6.8. Σκαρίφημα Πειραματικής Διάταξης Εικόνα 7: Πειραματική Διάταξη 6.9. Συμπεράσματα από τη σύγκριση των δύο μεθόδων Από την ανάλυση που προηγήθηκε για την εύρεση του ενεργειακού βαθμού απόδοσης του λέβητα παραγωγής θερμού νερού και συγκρίνοντας τις δύο μεθόδους, άμεση και έμμεση, καταλήγουμε σε ορισμένα συμπεράσματα Καταρχήν στον έμμεσο προσδιορισμό περιμένουμε ένα βαθμό απόδοσης μεγαλύτερο από αυτόν της άμεσης μεθόδου για τις ίδιες μετρήσεις. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι στον έμμεσο προσδιορισμό σαν ενεργειακές απώλειες πήραμε μόνο τις απώλειες καπνοδόχου με αποτέλεσμα οι μη συμπεριλαμβανόμενες απώλειες να καθιστούν την ωφέλιμη ενέργεια του λέβητα μεγαλύτερη από την πραγματική και 30

Απόδοση Λέβητα κατά συνέπεια το βαθμό απόδοσης του λέβητα μεγαλύτερο. Βλέπουμε, λοιπόν, ότι ο άμεσος προσδιορισμός δίνει ένα βαθμό απόδοσης που ανταποκρίνεται περισσότερο στην πραγματικότητα και άρα είναι πιο έγκυρος και αξιόπιστος. Παρά την απόκλιση που παρουσιάζει η έμμεση μέθοδος από την πραγματική τιμή του βαθμού απόδοσης του λέβητα, είναι απαραίτητη σε περιπτώσεις που δεν γνωρίζουμε τις παροχές του νερού και του καυσίμου. Στην άμεση μέθοδο οι παροχές αυτές είναι απαραίτητες στον υπολογισμό της απόδοσης ενώ στην έμμεση δεν χρησιμοποιούνται καθιστώντας την τη μόνη λύση στην περίπτωση αυτή. 31

Εικονικό Εργαστήριο 7. Εικονικό εργαστήριο μέτρησης βαθμού απόδοσης λέβητα 7.1. Ορισμός Στόχος της ανάλυσης που πραγματοποιήθηκε στο προηγούμενο κεφάλαιο είναι να γίνουν κατανοητά τα βήματα που ακολουθήθηκαν για τη δημιουργία και τη λειτουργία του εικονικού εργαστηρίου μέτρησης βαθμού απόδοσης λέβητα. Το εικονικό αυτό εργαστήριο δημιουργήθηκε για να λειτουργήσει στα πλαίσια του μαθήματος ΣΠΗΕ του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του Αριστοτέλειου Πανεπιστημίου. Σκοπός του είναι να βοηθήσει τους φοιτητές να υπολογίζουν εύκολα και γρήγορα το βαθμό απόδοσης του λέβητα που χρησιμοποιείται στο εργαστήριο του μαθήματος δίνοντας απλά τις τιμές των μετρήσεων που έλαβαν σ αυτό. Μ αυτό τον τρόπο η λήψη αποτελεσμάτων και η εξαγωγή συμπερασμάτων δε θα είναι μια διαδικασία πολλών και σε ορισμένες περιπτώσεις πολύπλοκων πράξεων ακόμη και στην έμμεση μέθοδο υπολογισμού του βαθμού απόδοσης. Για τη δημιουργία του προγράμματος του εικονικού εργαστηρίου χρησιμοποιήσαμε την πλατφόρμα Netbeans IDE 6.1 της Java. 7.2. Μέρη από τα οποία αποτελείται το εικονικό εργαστήριο Το παράθυρο που εμφανίζεται όταν τρέξουμε το εικονικό εργαστήριο (Εικόνα 8) αποτελείται από μία σειρά από τμήματα εκ των οποίων μερικά είναι απαραίτητα για τον υπολογισμό του βαθμού απόδοσης λέβητα, ενώ κάποια δίνουν πληροφορίες και βοηθούν το χρήστη του προγράμματος να κατανοήσει τη λειτουργία του αλλά και να πάρει επιπλέον στοιχεία σχετικά με τους υπολογισμούς που αυτό κάνει. 32

Εικονικό Εργαστήριο Εικόνα 8: Αρχικό παράθυρο εικονικού εργαστηρίου Στο πάνω μέρος του παραθύρου υπάρχει γραμμή μενού μέσα από την οποία ο χρήστης μπορεί είτε να τερματίσει τη λειτουργία του προγράμματος (πατώντας με τη σειρά τις ενδείξεις Αρχείο, Έξοδος) είτε να χρησιμοποιήσει την αριθμομηχανή των Windows (πατώντας με τη σειρά Εργαλεία, Αριθμομηχανή Εικόνα 9) είτε, τέλος να λάβει πληροφορίες σχετικά με τη δημιουργία του εικονικού εργαστηρίου που χρησιμοποιεί καθώς και τους δημιουργούς του (πατώντας με τη σειρά Βοήθεια, Σχετικά Εικόνα 10). 33

Εικονικό Εργαστήριο Εικόνα 9: Αριθμομηχανή εικονικού εργαστηρίου Εικόνα 10: Πρόσθετες πληροφορίες για το εικονικό εργαστήριο Το κυρίως μέρος του εικονικού εργαστηρίου αποτελείται από δύο καρτέλες, μία με την ονομασία Πετρέλαιο και μία με την ονομασία Φυσικό Αέριο. Η δεύτερη καρτέλα δεν εμφανίζει κάποια λειτουργικότητα, αλλά εισήχθη στο πρόγραμμα με σκοπό τη μελλοντική επέκτασή του και στην κατηγορία των λεβήτων φυσικού αερίου. Η καρτέλα με την ονομασία Πετρέλαιο περιλαμβάνει ουσιαστικά όλο εκείνο το κομμάτι με το οποίο ο χρήστης μπορεί να επικοινωνήσει με το πρόγραμμα. Το κομμάτι αυτό είναι ομαδοποιημένο σε πέντε τμήματα, τα δεδομένα εισόδου (Εικόνα 11), το βαθμό απόδοσης (Εικόνα 12), την εμφάνιση προεπιλεγμένων ιδιοτήτων (Εικόνα 13), το σκαρίφημα της διάταξης (Εικόνα 14) και κάποια πρόσθετα στοιχεία. Η ομαδοποίηση όλων αυτών των στοιχείων, η ανάλυση των οποίων ακολουθεί στις επόμενες παραγράφους, έγινε με σκοπό την καλύτερη χρήση και εποπτεία του εικονικού εργαστηρίου από τους φοιτητές. 34

Εικονικό Εργαστήριο Εικόνα 11:Δεδομένα εισόδου εικονικού εργαστηρίου Εικόνα 12: Βαθμός απόδοσης εικονικού εργαστηρίου Εικόνα 13:Εμφάνιση προεπιλεγμένων ιδιοτήτων 35

Εικονικό Εργαστήριο Εικόνα 14:Σκαρίφημα πειραματικής διάταξης 7.2.1. Δεδομένα εισόδου Η πρώτη κατηγορία στοιχείων που εμφανίζεται στο πρόγραμμά μας φέρει την ονομασία δεδομένα εισόδου και αποτελεί ουσιαστικά την πιο σημαντική κατηγορία στοιχείων. Εδώ ο χρήστης εισάγει τις τιμές των μετρήσεων που έχει πάρει από το εργαστήριο του μαθήματος και κάνει τις βασικές ρυθμίσεις οι οποίες θα επιτρέψουν στο πρόγραμμα να υπολογίσει σωστά το βαθμό απόδοσης του λέβητα. Τα πεδία στα οποία μπορεί ο χρήστης του προγράμματος να εισάγει τιμές είναι τα Θερμοκρασία Εισόδου Νερού, Θερμοκρασία Εξόδου Νερού, Ροόμετρο Νερού Μ3, Αρχική Τιμή Μάζας Καυσίμου, Τελική Τιμή Μάζας Καυσίμου, Χρονόμετρο Καυσίμου, Περιεκτικότητα s, Περιεκτικότητα c, Περιεκτικότητα h, Θερμοκρασία Καυσαερίου Θ1, Θερμοκρασία Περιβάλλοντος Θ4 και Περιεκτικότητα CO 2. Τα πεδία των τιμών αναφέρονται και στις δύο μεθόδους υπολογισμού του βαθμού απόδοσης λέβητα, την άμεση και την έμμεση μέθοδο. Τα πρώτα έξι πεδία αναφέρονται στην άμεση μέθοδο, τα τρία επόμενα και στις δύο μεθόδους, ενώ τα τρία τελευταία αναφέρονται μόνο στην έμμεση μέθοδο. 7.2.1.1.Θερμοκρασίες εισόδου και εξόδου νερού Τα δύο πρώτα πεδία φέρουν τις ονομασίες Θερμοκρασία Εισόδου Νερού και Θερμοκρασία Εξόδου Νερού. Στα πλαίσια, δίπλα από τα πεδία αυτά, ο χρήστης του 36

Εικονικό Εργαστήριο προγράμματος δίνει από το πληκτρολόγιο τις τιμές που έχει πάρει από το εργαστήριο για τη θερμοκρασία του νερού πριν αυτό εισαχθεί στο λέβητα (Θερμοκρασία Εισόδου Νερού) και τη θερμοκρασία του νερού όταν βγαίνει από το λέβητα και πριν καταλήξει στην αποχέτευση ή αναμιχθεί με το νερό της τροφοδοσίας προκειμένου να εισαχθεί ξανά στο λέβητα. Η εισαγωγή δεκαδικών αριθμών γίνεται με τη χρήση τελείας αντί για υποδιαστολή. Δίπλα από τα πλαίσια των δύο αυτών πεδίων ο χρήστης μπορεί να επιλέξει με το ποντίκι του υπολογιστή του τη μονάδα μέτρησης της θερμοκρασίας που θέλει να χρησιμοποιήσει. Οι διαθέσιμες μονάδες, με τη σειρά που δίνονται, είναι βαθμοί Kelvin (K), βαθμοί Celsius ( C) και βαθμοί Fahrenheit ( F). Το πρόγραμμα κάνει μόνο του τις απαραίτητες μετατροπές σε βαθμούς Celsius ( C) χρησιμοποιώντας τις σχέσεις C = K - 273,15 (27) C = ( F - 32) / 1,8 (28) προκειμένου να συνεχίσει με τον υπολογισμό του βαθμού απόδοσης λέβητα. 37

Εικονικό Εργαστήριο Εικόνα 15: Εισαγωγή θερμοκρασιών στα δεδομένα εισόδου 7.2.1.2.Ροόμετρο νερού Μ3 Το πεδίο αυτό, αναφέρεται στην παροχή νερού στο λέβητα και ο φοιτητής θα πρέπει να εισάγει στο πλαίσιο που το συνοδεύει την ένδειξη του ροόμετρου νερού που χρησιμοποιείται στο εργαστήριο. Η ένδειξη αυτή, είναι σε (όπως σημειώνεται και δίπλα στην τιμή που εισάγεται) και χρησιμοποιείται από το πρόγραμμα για τον υπολογισμό της ωφέλιμης ενέργειας (δηλαδή αυτής που δίνεται στο τροφοδοτικό νερό από το λέβητα για τη θέρμανσή του) αφού πρώτα τη μετατρέψει σε kg/sec. 3 m /h 7.2.1.3.Κατανάλωση καυσίμου 38

Εικονικό Εργαστήριο Τα επόμενα δύο πεδία που εμφανίζονται στο παράθυρό μας έχουν τις ονομασίες Αρχική Τιμή Μάζας Καυσίμου και Τελική Τιμή Μάζας Καυσίμου. Στα πλαίσια των πεδίων αυτών εισάγονται οι ενδείξεις της ζυγαριάς του εργαστηρίου που δείχνει το καύσιμο που κατανάλωσε ο λέβητας. Οι τιμές δίνονται σε kg. 7.2.1.4.Χρονόμετρο καυσίμου Εδώ ο χρήστης του προγράμματος εισάγει το χρόνο σε sec, στον οποίο καταναλώθηκε το καύσιμο από το λέβητα. Η τιμή αυτή, συνδυάζεται με τις τιμές των δύο προηγούμενων πεδίων (Αρχική Τιμή Μάζας Καυσίμου και Τελική Τιμή Μάζας Καυσίμου) από το πρόγραμμα για να δώσουν την παροχή καυσίμου η οποία θα χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό του καταναλισκόμενου έργου. 7.2.1.5.Σύσταση καυσίμου Τα επόμενα τρία πεδία Περιεκτικότητα s, Περιεκτικότητα c και Περιεκτικότητα h προσδιορίζουν τη σύσταση του καυσίμου. Οι τιμές στα πλαίσια που τα ακολουθούν δίνονται με τη μορφή δεκαδικών αριθμών μεταξύ του 0 και του 1 και χρησιμοποιούνται τόσο για τον υπολογισμό της θερμογόνου δύναμης του καυσίμου στις δύο μεθόδους όσο και της περίσσειας αέρα αλλά και της σύστασης του καυσαερίου στην έμμεση μέθοδο. 7.2.1.6.Θερμοκρασίες καυσαερίων και περιβάλλοντος Οι τιμές που παίρνει ο φοιτητής από τα θερμόμετρα του εργαστηρίου, που μετρούν τη θερμοκρασία καυσαερίων και τη θερμοκρασία περιβάλλοντος, εισάγονται στα πλαίσια που υπάρχουν δίπλα από τα πεδία με τις ονομασίες Θερμοκρασία Καυσαερίου Θ1 και Θερμοκρασία Περιβάλλοντος Θ4 αντίστοιχα. Και σε αυτά τα πεδία υπάρχει η δυνατότητα επιλογής μονάδας μέτρησης. Οι διαθέσιμες μονάδες, με τη σειρά που δίνονται, είναι βαθμοί Kelvin (K),βαθμοί Celsius ( C) και βαθμοί 39

Εικονικό Εργαστήριο Fahrenheit ( F). Το πρόγραμμα κάνει μόνο του τις απαραίτητες μετατροπές σε βαθμούς Celsius ( C) χρησιμοποιώντας τις σχέσεις (27), (28). 7.2.1.7.Περιεκτικότητα CO 2 Το τελευταίο πεδίο που συναντούμε σ αυτή την πρώτη κατηγορία στοιχείων είναι αυτό με το όνομα Περιεκτικότητα CO 2. Εδώ ο χρήστης εισάγει την ένδειξη που παίρνει από τον αναλυτή καυσαερίων σχετικά με το CO 2. Η τιμή που θα εισάγει μπορεί να έχει μία από τις δύο επόμενες μορφές: 1. ένας δεκαδικός αριθμός μεγαλύτερος του 0 και μικρότερος του 1 2. ένα ποσοστό, δηλαδή ο προηγούμενος αριθμός πολλαπλασιασμένος επί 100. Η μορφή επιλέγεται και πάλι με το ποντίκι του υπολογιστή, από τις δύο δυνατές επιλογές (0. ή % ). 40

Εικονικό Εργαστήριο Εικόνα 16:Εισαγωγή όλων των δεδομένων εισόδου 7.2.2. Βαθμός απόδοσης Η κατηγορία στοιχείων που ακολουθεί και εμφανίζεται κάτω από τα δεδομένα εισόδου στο παράθυρο του εικονικού εργαστηρίου έχει την ονομασία βαθμός απόδοσης. Εδώ εμφανίζονται τρία κουμπιά, με τις ονομασίες άμεση, έμμεση και καθαρισμός, τα οποία μπορεί να επιλέξει ο χρήστης του προγράμματος. Επιλέγοντας το κουμπί άμεση, το πρόγραμμα χρησιμοποιεί τα δεδομένα που χρειάζονται για τον υπολογισμό του βαθμού απόδοσης λέβητα με τον άμεσο τρόπο και εμφανίζει δίπλα στο κουμπί το αποτέλεσμα με τη μορφή ποσοστού %. Όμοια, επιλέγοντας το κουμπί έμμεση θα εμφανιστεί, δίπλα σε αυτό, το αποτέλεσμα του έμμεσου τρόπου υπολογισμού του βαθμού απόδοσης λέβητα. Το τρίτο κουμπί, με την ένδειξη καθαρισμός, χρησιμοποιείται για να καθαρίσει το παράθυρο από όλες τις τιμές που υπάρχουν στα δεδομένα εισόδου αλλά 41

Εικονικό Εργαστήριο και στην εμφάνιση προεπιλεγμένων ιδιοτήτων προκειμένου να εισαχθούν νέες τιμές για έναν νέο υπολογισμό. Εικόνα 17:Υπολογισμός απόδοσης 7.2.3. Εμφάνιση προεπιλεγμένων ιδιοτήτων Στο κάτω μέρος του παραθύρου του εικονικού εργαστηρίου εμφανίζεται μια κατηγορία στοιχείων με την ονομασία εμφάνιση προεπιλεγμένων ιδιοτήτων. Εδώ ο χρήστης του προγράμματος μπορεί να επιλέξει με το ποντίκι αν θέλει να εμφανιστούν οι τιμές ορισμένων μεγεθών που υπολογίζει το πρόγραμμα προκειμένου να φτάσει στον τελικό υπολογισμό του βαθμού απόδοσης λέβητα. Η εμφάνιση των στοιχείων, αυτών, μπορεί να του δώσει πληροφορίες σχετικά με τα μεγέθη αυτά ή να τον βοηθήσουν στο να επαληθεύσει μόνος του τα αποτελέσματα που πήρε. Η επιλογή της εμφάνισης ή όχι αυτών των δεδομένων γίνεται διαλέγοντας είτε την ένδειξη εμφάνιση ιδιοτήτων είτε την ένδειξη απόκρυψη ιδιοτήτων αντίστοιχα. Για να διαλέξει ο χρήστης 42

Εικονικό Εργαστήριο κάποια από τις δύο ενδείξεις θα πρέπει το πρόγραμμα να έχει υπολογίσει πρώτα τους βαθμούς απόδοσης. Τα πεδία από τα οποία αποτελείται αυτή η κατηγορία στοιχείων είναι η ενθαλπία εισόδου του νερού, η ενθαλπία εξόδου του νερού, η παροχή νερού, ο λόγος αέρα, η ενθαλπία εισόδου καυσαερίων, η ενθαλπία εξόδου καυσαερίων και η θερμογόνος δύναμη. Με την επιλογή εμφάνιση ιδιοτήτων εμφανίζονται, στα πλαίσια των παραπάνω πεδίων, οι τιμές που έχει υπολογίσει το πρόγραμμα για τις αντίστοιχες ιδιότητες. Οι διάφορες ενθαλπίες και η θερμογόνος δύναμη εμφανίζονται σε kj/kg, η παροχή νερού σε kg/sec ενώ ο λόγος αέρα εμφανίζεται σαν ένας δεκαδικός αριθμός μεγαλύτερος της μονάδας ( 1.). Εικόνα 18:Εμφάνιση ιδιοτήτων 43

Εικονικό Εργαστήριο 7.2.4. Σκαρίφημα διάταξης Στο δεξί μέρος του παραθύρου του εικονικού εργαστηρίου, δίπλα στα δεδομένα εισόδου, εμφανίζεται μια εικόνα η οποία αναπαριστά τη μορφή της διάταξης που χρησιμοποιείται στο εργαστήριο. Πάνω σ αυτήν απεικονίζεται η συνδεσμολογία των θερμομέτρων και ροόμετρων που χρησιμοποιούνται. Κατά την εκκίνηση του παραθύρου, ο χρήστης του προγράμματος βλέπει τη διάταξη με τη ροή του νερού στο κύκλωμα να απεικονίζεται με κινούμενα βελάκια. Καθώς εισάγει τα δεδομένα εισόδου, η εικόνα αλλάζει κάθε φορά που εισάγεται μία θερμοκρασία ή η ροή του νερού, δείχνοντας σημειωμένο το αντίστοιχο θερμόμετρο ή ροόμετρο συνοδευμένο από ένα κείμενο στο οποίο αναφέρεται το όνομα του πεδίου στο οποίο εισάγεται η τιμή. Όταν ο χρήστης βάζει τις τιμές των υπόλοιπων δεδομένων εισόδου, επιστρέφει η αρχική εικόνα. Στόχος της εικόνας είναι να βοηθήσει το χρήστη να καταλάβει καλύτερα το πρόγραμμα του εικονικού εργαστηρίου απεικονίζοντας, κατά το δυνατό, τη διάταξη που συνάντησε ο ίδιος στο πραγματικό εργαστήριο. 7.3. Περιορισμοί που εισήχθησαν στο πρόγραμμα και μηνύματα σφάλματος Για να εξασφαλίσουμε ότι το πρόγραμμά μας προσομοιώνει, κατά τον καλύτερο δυνατό τρόπο και όσο πιο πιστά γίνεται, τη λειτουργία ενός πραγματικού λέβητα, εισήχθησαν σ αυτό μια σειρά από περιορισμοί στις τιμές των πεδίων που ανήκουν στην κατηγορία των δεδομένων εισόδου. Στόχος των περιορισμών είναι να αποτρέψουν το πρόγραμμα να οδηγηθεί σε παράλογα αποτελέσματα, ενώ τα μηνύματα σφάλματος που τους συνοδεύουν βοηθούν το χρήστη του προγράμματος να δει που είναι το λάθος και να το διορθώσει. 44