優(yōu)易水蒸汽性質(zhì)計(jì)算軟件WaterPro

非常實(shí)用的軟件，自己編的話估計(jì)要累死，優(yōu)易水和蒸汽性質(zhì)計(jì)算軟件WaterPro7.0最新版極其實(shí)用的一個(gè)工具，可以快速查出處于各種狀態(tài)下的蒸汽參數(shù)，相比于查表法，免去了插值的額外計(jì)算。

水和水蒸汽作為一種常規(guī)工質(zhì)，在動(dòng)力系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。在1997年德國(guó)Erlangen召開的水和水蒸汽性質(zhì)國(guó)際聯(lián)合會(huì)（IAPWS）通過并發(fā)表了由德、俄、英、加等7國(guó)12位科學(xué)家組成的聯(lián)合研究小組提出的一個(gè)全新的水和水蒸汽計(jì)算模型，即IAPWS-IF97公式。

優(yōu)易水蒸汽性質(zhì)計(jì)算軟件WaterPro詳細(xì)介紹：

水蒸汽熱力性質(zhì)計(jì)算軟件WaterPro(又稱水和水蒸氣熱力性質(zhì)計(jì)算程序WaterPro)是按IFC-67和IAPWS-IF97公式開發(fā)的用于水熱力性質(zhì)計(jì)算、蒸汽(水蒸氣)熱力性質(zhì)計(jì)算的專業(yè)軟件。該軟件采用Visual C++6.0/7.0及Embedded Visual C++ 4.0 Service Pack 2工具開發(fā)，運(yùn)行于最流行的Win98/Me/2000/XP/Windows CE/Windows Mobile 2003/Windows Mobile 5.0操作系統(tǒng)(免費(fèi)下載)。2006年4月10日，該軟件成為全球第一個(gè)能運(yùn)行在PC、Pocket PC、智能手機(jī)、移動(dòng)終端、PDA的工業(yè)和科學(xué)用水蒸汽熱力性質(zhì)計(jì)算軟件，為無處不在的水蒸汽計(jì)算奠定了基礎(chǔ)，為全球6000萬能源和相關(guān)行業(yè)工作者提供了最便捷的計(jì)算手段。程序能根據(jù)壓力、溫度、焓、熵、比容五個(gè)參數(shù)(有時(shí)加上干度參數(shù))中的任意兩個(gè)參數(shù)，求出相關(guān)的15個(gè)水蒸汽參數(shù)，如定壓比熱、定容比熱、內(nèi)能、聲速、定熵指數(shù)、動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度、導(dǎo)熱系數(shù)、普朗特?cái)?shù)、介電常數(shù)、當(dāng)給定波長(zhǎng)為0.226500 μm時(shí)折射率，等等。

水蒸氣密度計(jì)算公式：

理想氣體狀態(tài)方程:PV=nRT
∴PV=mRT/M,PM=ρRT
∴ρ=RT/PM[P為壓強(qiáng)(Pa),M為摩爾質(zhì)量(H2O=18g/mol),T為溫度(K),R=8.314J/(mol·K)]

兩種水和水蒸氣熱力性質(zhì)計(jì)算模型的比較

2.1 適用范圍

IAPWS-IF97模型包含了用于不同分區(qū)的一系列公式，涵蓋有效范圍為：

273.15K≤T≤1073.15K P≤100MPa

1073.15K≤T≤2273.15K P≤10MPa

而IFC-67計(jì)算模型的適用范圍為：

273.16K≤T≤1073.15K P≤100MPa

即IAPWS-IF97計(jì)算模型在IFC-67基礎(chǔ)上進(jìn)行了擴(kuò)展，溫度由原來的0.01℃到800℃擴(kuò)展到現(xiàn)在的0℃到2000℃,只是在1000℃到2000℃的溫度范圍內(nèi),適用壓力由原來的100MPa變?yōu)?0MPa。不過總體而言，IAPWS-IF97計(jì)算模型的適用范圍更寬了。

2.2 適用范圍內(nèi)的分區(qū)

在計(jì)算模型劃分的范圍內(nèi)涵蓋了水的“一點(diǎn)兩線三區(qū)五態(tài)”，各種狀態(tài)下的計(jì)算公式不相同，因而為了方便使用，各計(jì)算模型都進(jìn)行了分區(qū)。

IFC-67計(jì)算模型將整個(gè)區(qū)域分為六個(gè)子區(qū)域，每個(gè)分區(qū)均采用不同的計(jì)算公式。在T-S圖上表示的分區(qū)情況如圖1所示，用L-函數(shù)表達(dá)子區(qū)域2與子區(qū)域3之間的邊界線方程；用K-函數(shù)表達(dá)子區(qū)域1，2與子區(qū)域6之間，以及自區(qū)域3，4與子區(qū)域5之間的邊界線方程。

如圖2所示，IAPWS-IF97計(jì)算模型將其有效范圍分成了5個(gè)分區(qū)（事實(shí)上合并了IFC-67模型中的3區(qū)和4區(qū)以及5區(qū)和6區(qū)，并新增了一個(gè)高溫區(qū)）。除了2區(qū)和3區(qū)的邊界外，其它分區(qū)的邊界均可由圖2直接得到，而2區(qū)和3區(qū)的邊界線則由公式給出。IAPWS-IF97計(jì)算模型又將2區(qū)分為三個(gè)子區(qū)域，如圖3所示。

圖1 IFC-67的分區(qū)示意圖

 
圖2 IAPWS-IF97的分區(qū)示意圖　　　　　 圖3 IAPWS-IF97中2區(qū)分為3個(gè)子區(qū)域

2.3 連續(xù)性

與IFC-67計(jì)算模型相比，IAPWS-IF97計(jì)算模型在區(qū)域邊界的連續(xù)性上有一個(gè)品質(zhì)上的飛躍，IAPWS-IF97使其計(jì)算結(jié)果能夠明顯的保持在許可的布拉格數(shù)的不確定性范圍內(nèi)，其值如表1：

表1 布拉格數(shù)的不確定性范圍

區(qū)域邊界上，滿足2區(qū)和3區(qū)邊界的連續(xù)性的要求是非常的困難的。尤其是對(duì)定壓熱容而言。對(duì)于IAPWS-IF97，在這個(gè)邊界的最大不連續(xù)性為0.35%，而相應(yīng)的IFC-67則超過了6%；對(duì)于比焓來說，在2區(qū)和3區(qū)邊界上，IAPWS-IF97公式的計(jì)算偏差為0.0008%，而用IFC-67公式計(jì)算的比焓的平均偏差大于1%，最大偏差高達(dá)6.5%，在這些方面IAPWS-IF97補(bǔ)了 IFC-67的不足。

2.4 計(jì)算精度

對(duì)IAPWS-IF97和IFC-67計(jì)算模型進(jìn)行測(cè)試，并根據(jù)國(guó)際水與水蒸氣性質(zhì)協(xié)會(huì)提供的數(shù)據(jù)以及利用最新編制的通用計(jì)算軟件的核算結(jié)果，以國(guó)際公認(rèn)的骨架表數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，可以得出結(jié)論：IAPWS-IF97的精度要比IFC-67高出一個(gè)數(shù)量級(jí)（詳細(xì)比較見表2）。精度的提高無疑將改善設(shè)備設(shè)計(jì)性能，優(yōu)化整個(gè)熱力系統(tǒng)。IAPWS-IF97除了描述穩(wěn)定的均勻介質(zhì)區(qū)域和飽和態(tài)的熱力性質(zhì)，和分別給出了飽和水和蒸汽線附近的過熱液體區(qū)域的合理數(shù)值。

表2 各區(qū)內(nèi)IAPWS-IF97 與IFC-67計(jì)算數(shù)據(jù)的比較

注：（1）P-MPa，T-K，h-kJ/kg，s- kJ/kgK，ν-m^3/kg
（2）誤差dh、ds、dv表示焓h、熵s、比容v的絕對(duì)誤差。

2.5 計(jì)算速度

IAPWS-IF97計(jì)算模型相對(duì)于IFC-67計(jì)算模型一個(gè)很大的提高，就是在計(jì)算速度方面，數(shù)據(jù)計(jì)算對(duì)比結(jié)果表明，在最為重要1，2，4區(qū)，IAPWS-IF97計(jì)算模型的計(jì)算速度平均要比IFC-67計(jì)算模型快5.1倍。這個(gè)數(shù)值的得出是通過有關(guān)用戶使用這幾個(gè)區(qū)域內(nèi)公式的頻率的統(tǒng)計(jì)而計(jì)算出的。這意味著，在這些重要區(qū)域IAPWS-IF97要比IFC-67快不止5倍。因?yàn)?區(qū)包括臨界點(diǎn)區(qū)域，在臨界點(diǎn)區(qū)域壓縮系數(shù)和比容變化很大，計(jì)算速度的提高不是很明顯。盡管如此，在3區(qū)IAPWS-IF97計(jì)算模型的計(jì)算速度比IFC-67計(jì)算模型快3.6倍。IFC-67計(jì)算模型不包括5區(qū)，但是沿5區(qū)的低溫邊界區(qū)，它接近于IFC-67計(jì)算模型的最高溫度區(qū)，IAPWS-IF97計(jì)算模型計(jì)算速度比IFC-67快8.6倍。

結(jié)論

通過上述比較我們可以發(fā)現(xiàn)，IAPWS-IF97模型的適用范圍擴(kuò)大、分區(qū)更趨于簡(jiǎn)化，計(jì)算結(jié)果更具有一致性，同時(shí)計(jì)算精度速度都得到了提高。IAPWS-IF9公式大大簡(jiǎn)化了水蒸氣熱力性質(zhì)的計(jì)算，這樣就可以大幅減少設(shè)計(jì)人員的工作量，提高工作效率與計(jì)算精度。同時(shí)IAPWS-IF97數(shù)學(xué)計(jì)算模型也為開發(fā)熱力性質(zhì)計(jì)算軟件、水蒸氣管網(wǎng)水力計(jì)算軟件以及熱力系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件提供了很好的基礎(chǔ)，它能很好的提高這些軟件的精度、速度及實(shí)用性。還可以極大的提高蒸汽管網(wǎng)的計(jì)算精度與速度，可優(yōu)化蒸汽管網(wǎng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行。因此，在國(guó)內(nèi)大力發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的形式下，廣泛的研究應(yīng)用IAPWS-IF97模型，對(duì)提高熱電聯(lián)產(chǎn)蒸汽管網(wǎng)的建設(shè)與運(yùn)行水平，有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。