基于IAPWS-IF97及补充方程的水和水蒸气焓值计算程序的编制

李少华, 宋东辉, 姚 亮, 郑 楠

(1.东北电力大学能源与动力工程学院,吉林 132012;2.华北电力大学能源与动力工程学院,北京 102206)

符号说明:

T——水或水蒸气的绝对温度,K

p——水或水蒸气的压力,MPa

G——比吉布斯自由能,kJ/kg

f——比亥姆霍兹自由能,kJ/kg

v——水或水蒸气的比体积,m3/kg

h——水或水蒸气的比焓,kJ/kg

s——水或水蒸气的比熵,kJ/(kg◦K)

水和水蒸气热力性质的计算是热能动力工程及相关领域的设计、试验和科学研究中必不可少的基础和工具,其计算速度和计算结果的准确性直接影响到热力系统的设计制造、运行调试、性能监测以及优化控制系统的稳定性.因此,快速准确地计算水和水蒸气的热力性质对于工程应用和科学研究有着重要的意义.

1 IAPWS-IF97

目前,工业和科研领域广泛采用的水和水蒸气热力性质的计算公式是国际水和水蒸气热力性质协会(IAPWS)在1997年推出的IAPWS-IF97系列公式.IAPWS-IF97的计算范围为:273.15 K≤T≤1073.15 K,p≤100 MPa和 1073.15 K≤T≤2273.15 K,p≤50 MPa.IAPWS-IF97将计算区域划分为5个子区域,见图1.其中1区为不饱和区,2区为蒸汽区,3区为临界和超临界区,4区为饱和区,5区为高温区.

图1 IAPWS-IF97计算区域划分及方程Fig.1 Division of computation domains and specific equations of IAPWS-IF97

IAPWS-IF97包括1区、2区和5区的基本方程G(p,T),3区的基本方程 f(v,T)和4区的饱和压力方程 psat(T)、饱和温度方程 Tsat(p).在1区、2区和5区,给定p和T后,可由基本方程G(p,T)求得水和蒸汽的所有热力性质参数,包括比体积、比内能、比焓、比熵、比定压热容、比定容热容和声速.在3区也可以由基本方程 f(v,T)求得水和蒸汽的所有热力性质参数,但必须已知工质的比体积和温度.

另外,IAPWS-IF97还包含1区和2区的反推方程T(p,h)和T(p,s),这两个反推方程可以快……