Vorelsung 8

1. Formale Korrektheit: Das Modell muss intern konsistent sein.

2. Dokumentation: Annahmen müssen dokumentiert und begründet werden.

3. Benutzerfreundlichkeit: Das Modell sollte einfach anwendbar und lösbar sein.

4. Realitätsnähe: Die Vorhersagen sollten die Realität mit einer definierten Fehlerschranke widerspiegeln.

5. Effizienz: Der Nutzen des Modells muss im Verhältnis zum Aufwand stehen.

6. Detailgrad minimieren: Nur so detailliert wie nötig, so einfach wie möglich.

Abstraktion:

• Reduziert die Komplexität des realen Systems.

• Unterstützt den Modellierungsprozess durch die Vereinfachung der Realität.

• Erlaubt es, wesentliche Elemente eines Systems zu fokussieren, während unwichtige Details ausgeblendet werden.

1. Geräte (Devices):

   • Komponenten, die Zustände ändern oder speichern (z.B. Reaktoren).

2. Verbindungen (Connections):

   • Übertragen extensive Größen zwischen Geräten (z.B. Rohre, Leitungen).

Generalisierte Phase:

• Ein Teil eines Prozesses, der extensive Größen speichern kann.

• Charakterisiert durch Attribute wie Substanzen, Druck, Temperatur, geometrische Form, etc.

1. Chemische Spezies: Die relevanten chemischen Spezies, die in der Phase vorkommen.

   • Beispiel: Wasser, Sauerstoff, Methan, etc.

2. Disperser Zustand: Beschreibt, ob die Phase homogen, quasi-homogen oder partikelförmig ist.

   • Beispiel: Homogen, quasi-homogen, partikelförmig.

3. Aggregatzustand: Beschreibt den physikalischen Zustand der Phase.

   • Beispiel: Fest, flüssig, gasförmig, flüssig/gasförmig, fest/gasförmig, etc.

4. Geometrische Form: Die Form der Phase wird durch Größen wie Länge, Breite, Höhe oder Volumen beschrieben.

   • Beispiel: Kasten (Box), Kugel, Zylinder, Körper mit Volumen und Oberfläche.

5. Räumliche Auflösung: Gibt an, ob die Phase null-, ein- oder mehrdimensional ist, und ob sie ideal durchmischt ist.

   • Beispiel: 0D (punktförmig), 1D (entlang einer Achse), 2D, 3D.

6. Koordinatensystem: Beschreibt das verwendete Koordinatensystem.

   • Beispiel: Kein System, kartesisches oder zylindrisches Koordinatensystem.

7. Bilanzierte Größen: Die in der Phase vorhandenen Größen wie Masse, Energie, Impuls, elektrische Ladung, etc.

   • Beispiel: Gesamtmasse, Energie (z.B. innere Energie, Wärme).

8. Phänomene: Relevante physikalische oder chemische Vorgänge in der Phase.

   • Beispiel: Chemische Reaktionen, Diffusion, Wärmeleitung, Volumenkräfte.

9. Schnittstellen (Interfaces): Flüsse extensiver Größen (z.B. Masse, Wärme) zwischen Phasen, einschließlich räumlicher Positionen von Ein- und Auslässen.

   • Beispiel: Masse- und Wärmeströme, die durch bestimmte Phasengrenzen fließen.

10. Intensive Größen: Zustandsgrößen der Phase wie Druck, Temperatur, Konzentrationen.

• Beispiel: Druck, Temperatur, Konzentration bestimmter Stoffe.

1. Weitere Prozessgrößen: Eine Liste der wichtigsten Prozessgrößen, die für die Beschreibung der Phase notwendig sind.

• Beispiel: Wärmeleitfähigkeit, Dichte, spezifische Wärmekapazität.

• Kategorien von Phasenverbindungen:

  • Einfilm-Verbindung (Single-Film Connection).

  • Zweifilm-Verbindung (Two-Film Connection).

  • Dreifilm-Verbindung (Three-Film Connection).

  • Diese basieren auf der Anzahl der Transportwiderstände.

1. Signalverbindung:

   • Überträgt Informationen zwischen Signaltransformatoren oder von einer Phase zu einem Signaltransformator.

2. Signaltransformator:

   • Modelliert das Verhalten eines Teils des Systems durch eine Eingangs-Ausgangs-Beziehung (Black-Box-Modell).

Wahl der Verbindung:

• Zusammengesetzte Verbindung: Bei komplexen Systemen mit mehreren Transportmechanismen.

• Dreifilm-Verbindung: Wenn der Wärmefluss durch mehrere Phasengrenzen hindurch erfolgt, z.B. durch Wände mit unterschiedlichen Schichten.

• Sammelt alle Quellen und Senken extensiver Flüsse.

• Stellt Signale bereit oder empfängt Signale vom modellierten System.

• Charakterisiert durch Listen von Quellen, Senken und deren Verbindungen zum System.

Zusammengesetzte Modellierungsobjekte:

• Bestehen aus Geräten und Verbindungen in abwechselnder Reihenfolge.

• Können extensive Größen speichern.

• Beispiele: Kaskade von CSTR-Reaktoren, Phasengrenzsysteme (z.B. Gas-Flüssig-Grenzen).