基于IAPWS_IF97的水和水蒸汽性质计算软件

基于IAPWS_IF97的水和水蒸汽性质计算软件 基于 IAPWS2IF97 的水和水蒸汽性质计算软件 1 2徐杰彦, 张晓钰 (1 . 江苏省电力试验研究所 ,江苏 南京 210029 ; )2 . 南京西门子电站自动化有限公司 ,江苏 南京 210018 摘 要 :该文着重介绍了 IA PWS2IF97 水和水蒸汽热力性质较 IFC267 的优越性 ,以及一种基于 IA P2 WS2IF97 研制的水和水蒸汽计算软件的先进性 、准确性和适应性 。参 1 关键词 :水 ;水蒸汽 ;热力性质 ;计算软件 () 文章编号 :16712086 X 20010520033203 中图分类号 : TP31 ; T K211文献标识码 :A Sof t Ware f or Calculat ion Water an d Stea m Propert ies According to IAPWS2IF97 1 2 XU J ie2yan, ZHAN G Xiao2yu (1 . Power Testing & Research Instit ute of J iangsu Province , Nanjing J iangsu 210029 , China ; )2 . Nanjing Siemens Power Plant Auto matio n Co . L t d. , Nanjing J iangsu 210018 , China Abstract : The paper explains t he superiorit y of t he IA PWS2IF97 water and steam p ropert y standard as co m2 pared to IFC267 and p resent s an int roductio n to t he p rogressiveness , accurateness and adap tabilit y of t he sof t ware which has been developed according to t he former . Fig 1 and ref 1 Key words : water ; steam ; t hermal p roperties ; calculatio n sof t ware 范围内的不同区域的一组公式 : 0 前言 273 . 15 K ?T ?1073 . 15 K p ?100M Pa ( ) 1997 年 9 月 ,国际水和水蒸汽协会 IA PWS 1073 . 15 K < T ?2273 . 15 Kp ?10M Pa 采纳了一套新的工业用途水和水蒸汽热力性质公 较之 IFC267 的 6 个区 , IA PWS2IF97 少了一 式 ,这套公式的名称为“水和水蒸汽热力性质 I2 个区 。IA PWS2IF97 的全部适用范围划分为 5 个 A PWS 工业公式 1997”或简称为“IA PWS 工业公 区域 ,即 : 式 1997”和“IA PWS2IF97”。新公式 IA PWS2IF97 1 区 ———常 规 水 区 , 2 区 ———常 规 蒸 汽 区 ,代替了以前的工业公式 IFC267 。IA PWS2IF97 在 3 ———临界水区和蒸汽区 ,4 区 ———饱和线区 ,5 区计算热力性质的精度和速度上都有显著提高 。根 ———超高温过热区 据 IA PWS2IF97 推荐采用的公式 ,编制了面向对工业公式 IA PWS2IF97 总体的品质 , 可以用 象的“水和水蒸汽热力性质计算软件”,该软件可 精度 、区域边界的连续性和计算速度三个标准进 行衡量 。 以用作应用软件 ,查取水和水蒸汽的特性 ,也可以 1 . 1 精度 调用库文件和嵌入源代码供软件开发者使用 。 对 IA PWS2IF97 和 IFC267 进行相同测试 ,可 以得出结论 : IA PWS2IF97 的精度要比 IFC267 高 1 IAPWS2IF97 的性能品质 出一个数量级 。IA PWS2IF97 除了描述稳定的均 IA PWS IF97 工业公式包含了如下所给适用 收稿日期 :2001203226 ( ) 作者简介 :徐杰彦19732,男 ,学士 ,江苏省电力试验研究所 ,从事电站性能及经济性研究。 ?33 ? 匀介质区域和饱和区的热力性质 ,还分别给出了序主窗口 。饱和水和饱和蒸汽线附近的亚稳态的过热液体区 域和过冷蒸汽区域的合理的数值 。 1 . 2 连续性 与 IFC267 相比 , IA PWS2IF97 另一个品质上 的飞跃是区域边界上明显地符合连续性要求 I2 A PWS2IF97 明显地保持在许可的被称之为布拉 格数的不确定性范围内 ,其值如下 : () 1. 单相区 比 容 : ?0 . 05 % 焓 : ?0 . 2 kJ / kg 热容 : ?1 % 熵 : ?0 . 0002 kJ / kg?K 图 1 吉布斯自由能 : ?0 . 2 kJ / kg 2 . 1 输入参数() 音速 : ?1 % 2. 饱 p :压力 , T :温度 , V :比容 ; H :焓; 和区 饱和压力 : ?0 . S :熵; X :干度 05 % 饱和温度 : ?0 . 2 . 2 相区02 % 单相区 :允许除 X 之外的任何两个参数作为 吉布斯自由能 : ?0 . 2 kJ / kg 输入 ,即使输入参数可能正是饱和状态 。 区域边界上 ,满足 2 区和 3 区边界的连续性 双相区 : X 是合法输入 ,但 p 和 T 不能同时 要求是最困难的 ,尤其是对定压热容而言 。对于 作为输入 。 IA PWS2IF97 而言 , c在这个边界的最大不连续 p 2 . 3 其它性质 :性为 0 . 35 % ,而相应的 IFC267 则超过了 6 % 。在 除输入参数中任意两个参数组合作为输入计 这方面 IA PWS2IF97 弥补了 IFC267 的缺陷 。 算出其它参数外 ,还可以计算出如下的参数 : 1 . 3 速度 W :音速第三个也是最大的一个相对 IFC267 的提高 U :内能是在计算速度方面 。在最为重要的 1 ,2 ,4 区 ,计 k :绝热指数算速度影响显著 , IA PWS2IF97 和 IFC267 的计算 c:定压比热p 速度比值达到 5 :1 。这个数值的得出是通过有关 c:定容比热 v 用户使用这几个区域内公式的频率的统计而计算 Pr :普朗特数 出的 。这意味着 ,在这些重要区域 , IA PWS2IF97 ηυ:动力粘度 :要比已经编制了程序的 IFC267 的速度快出不止 λ运动粘度 : 5 倍 。在 3 区 , IA PWS2IF97 比 IFC267 要快 3 . 6导热系数 倍 ,而 5 区则高达 12 . 2 倍 。Δn :光折射率 h :绝热焓降 这些参数对于热 力学和流体力学等很重要 。 基于 IAPWS2IF97 的计算软件 2 2 . 4 单位体系 本软 件 执 行 IA PWS2IF97 标 准 编 制 , 支 持 开发包所采纳的单位制是国际单位制 ,所有 Win32 开发平台的动态链接库 ,可以提供 A P I 程 输入 、输出参数均采用这个单位制 。如果采用的 序开发接口 ,以 Micro sof t Window s 95/ 98/ N T 动 其他单位制 ,如 : 工程单位 、英制单位或者是用户 态链接库 、DLL 形式提供 , 可以支持 C 、C + + 、 VB 、Excel 或 Delp hi 调用 ,供开发人员使用 ,也可 5 2 . 5 应用简介5 区 ,超过热蒸汽 6 使用软件时首先点击输入框前的复选框来选 欠饱和水 ,靠近饱和水线的区域 欠 7 定用作输入的两个参数 。任何两个参数都可以作 过热蒸汽 ,靠近饱和蒸汽线的区域 8 为输入 ,再选择相区 ,如果选定的输入已经足够 , 微饱和水 ,靠近饱和水线的区域 那么其它选框将变灰不能选中 。 状态框显示计9 微过热蒸汽 ,靠近饱和蒸汽线的区域 算中所出现的有用信息 : 如输 例如 : (入越界 、计算出错或介质当前状态 即当前所处的 已知压力 、温度求区域 ( ) ) R E GION p . T p As Do uble , T As Do uble水 、饱和 、临界 、过热 、超过热 5 个区。 As Integer 计算结果在输出框中显示 。 选中“其它性质”按钮 ,可以输出其它的热力 已知压力 、湿度求区域性质 ,例如粘度 、导热系数等 。可以通过点击“配 ( ) R E GION p . X p As Do uble , X As Do uble置”按钮来配置所需要的输出性质 。计算光的折 As Integer 射率所需要的波长 ,及对于汽轮机计算非常重要 3 . 3 非饱和区参数计算 的绝热焓降所需要的排汽压力也在“配置”对话框 非饱和区的参数计算按如下函数调用 ,其中中 。 area 为根据已知参数产生 ,计算时在内部传递 。 例如已知压力 、温度 ,求比容 、熵 : 3 IAPWS2IF97 水和水蒸汽软件包 ( p . T . V p As Do uble , T As Do uble , area As 的调用接口说明) IntegerAs Do uble 根据不同开发平台的要求提供调用动态链接 ( p . T . S p As Do uble , T As Do uble , area As 库例程 ,按下述说明 : ) IntegerAs Do uble ( ) 函数名 参数名 1 as 参数类型 ,3 . 4 饱和区参数计算as 返回 参数类型已知饱和温度求饱和压力 : 3 . 1 函数命名规则 ( ) p . S T As Do ubleAs Do uble 已知压力 、焓 、求湿度 :本计算软件的函数以大写字母命名 ,调用时 ( p . H . X p As Do uble , H As Do uble , area 需要区分大小写 。 函数中采用了水和水蒸汽物 ) As IntegerAs Do uble 理性质缩写字母 来说明输入 、输出关系 。最后一个缩写是输出参 3 . 5 其它物理参数 数 已知压力 、温度 、密度 ,此前的为输入参数 。它们分别是 : , 求运动粘度 : D YN2 υ ( V ISC p As Do uble , T As Do uble , As Do uble , 输入参数 : ) area As IntegerAs Do uble p - 压力 , T - 温度 , V- 比容 , H -焓 , S - 已知压力 、温度 、密度 、求导热系数 :熵 , X - 湿度 ( λ( ) T HMCOND p As Do uble , T As Do uble , 输出参数 所有输入均可作为输出, 还有 : ) As Do uble , area As IntegerAs Do uble U - 内能 , c- 定压比热 , c定容比热 , W -p v 音速 4 结论3 . 2 分区函数计算 根据两个输入求取该参数所 水和水蒸汽性质的计算是热能工程领域科学 在的算法分区 。 软件中涉及的算法分区参研究 、工业应用的基础和工具 , IA PWS2IF97 公式 数定义为 : 的推出 ,使得计算分区和计算模型简化 ,计算速度 () 0 未确定的分区 无法确定或没有确定大大加快 。根据 IA PWS2IF97 公式编制“水和水 1 区 ,压缩的水 1 蒸汽热力性质计算软件”不仅提供标准版的可执 2 区 ,过热的蒸汽2 行文件 ,而且推出面向程序员用户的专业版和提 3 区 ,临界区供源代码的企业版 ,制作了供 VB 、Excel 或 Delp hi 3 4 区 ,饱和区 ,湿蒸汽区?35 ? 4 1 The Internatio nal Associatio n fo r t he Properties of Water and 调用动态链接库的例程 ,极大地方便了用户的应 Steam , Release o n t he IA PWS Indust rial Fo r mulatio n 1997 fo r 用 。t he Ther mo dynamic Properties of Water and SteamM . 1999 参考文献 : 行业信息 哈尔滨电机厂有限责任公司开发成功现代集成制造系统 当今世界进入信息时代 , 面向 21 世纪的产,即可装配性 、可制造性等 。哈尔滨电计的工艺性 业 ,正从以机器为特征的传统技术时代迈向以信 机厂有限责任公司 600M W 汽轮发电机的运行实 息为特征的系统技术时代 。制造业也从机械化 、 践证明它优于外国产品 ,该产品的前身是从美国 自动化大生产向信息化大生产迈进 。网络化的制 西屋公司引进的 。而西屋是实现现代集成制造系 造业正波及全球 。从传统制造迈向现代集成制 统的大型企业 ,它们已向世界宣布它们的汽轮发 造 ,是我国大型企业与国际接轨 、参与全球市场竞 电机采用最先进的现代化模块化设计系统 ,不仅 争 、取得生存与发展的唯一出路 。因此 ,哈尔滨电 考虑到本公司的可制造性 ,而且适用于全球各个 机厂有限责任公司历经 3 年的开发而实现现代化 厂家 ,它们已经考虑到各个厂家的设备和生产能 管理体系具有重大意义 。 力等 ,而这些厂家自己并不知晓 ,这等于推销它们 我国产业问题 ,微观来看 ,是组织体制与运行 的设计技术 ,只要买来即可投产 。哈尔滨电机厂 调度问题 ,组织和管理上的革新比技术和装备上 有限责任公司的计算机集成制造系统同样具有这 的改造更加迫切 ;宏观上看 ,是生产能力结构性过 种特点 。并行工程的核心在于把传统的多级垂直 剩 ,多数企业缺乏产品开发能力 ,没有适应市场需 型管理变为二级平面型管理 ,其优点是缩短开发 求的产品是问题的核心 。用信息技术促进制造技 周期 ,及早发现矛盾 ,减少变更次数 ,节省开发费 术的发展 ,是我国产业发展的根本出路 。哈尔滨 用 ,促进不同专业合作 。三峡机组的多国联合 、导 电机厂有限责任公司开发成功以信息为特征的计 地制造就要求这种并行工程 ,哈尔滨电机厂有限 算机集成制造系统从根本上解决了新产品设计开 责任公司已经满足这种要求 。 发和全球市场开拓问题 ,实现了“两头大 、中间小” 计算机集成制造系统是信息时代出现的先进 ( 的产品型企业要求“两头”指设计和市场“, 中间” 技术 ,它利用计算机硬件 、网络 、数据库等高技术 , ) 指加工设备。传统企业的弊端恰在于“两头小 、 将企业的经营管理 、 、产品设计 、加工制造 、销 中间大”,即产品开发和市场开拓薄弱 ,而技改总 售 、服务等环节 ,和人力 、财务 、设备等资源集中起 是放在更新基础设备上 ,一旦产品不适应市场 ,设 来 ,使它充分发挥自动化的高效率 、高质量 ,同时 备的贷款便成为大包袱 。哈尔滨电机厂有限责任 又具有充分的灵活性 ,实现全局的优化 ,从而提高 公司的引进优化型 600M W 汽轮发电机便是符合 企业的竞争能力 ,并赢得高效益 。因此 ,它是企业 “两头大 、中间小”要求的实例 , 它的设计是一流 运作的主旋律 。现代集成制造系统是从计算机集 的 ,而且适合国情 ; 它适应市场需要 ,成为我国主 成制造系统出发 ,经历了信息集成 、过程集成 、企 力机组 。而它的中间加工设备能力 、各种环节 ,却 业集成以后才发展到现代集成制造系统的 。哈尔 尽可能简化 ,比如材料特殊 、加工较难的引线夹板 滨电机厂有限责任公司的这项开发成果为后续多 固定螺钉就委托沈阳高压螺钉厂加工 。“中间小” 台三峡机组的国产化提供了有利条件 ,对于提高 就是要求企业在全球采购价廉物美的零部件 ,这 企业新产品开发和国内外市场竞争能力具有重大 是企业优化经营的体现 。 意义 。 ()李连贵现代集成制造系统实现了全过程的并行 ,即