基于LabVIEW的水与水蒸汽物性参数计算软件开发研究

第56卷第3期2014年6月汽轮机技术TURBINETECHNOL0GYVOL_56NO3JUN2014基于LABVIEW的水与水蒸汽物性参数计算软件开发研究徐达，李志鹏，陈涛，杨建文，洪顺军1长沙理工大学能源与动力工程学院，长沙41O014；2河南平顶山姚孟第二发电有限公司，平顶山467031摘要对水蒸汽物性计算区域IF97及计算公式模型进行了详细阐述，基于MALTAB编写了水与水蒸汽物性参数的计算程序，建立了水与水蒸汽的物性参数动态链接库。基于LABVIEW开发了水与水蒸汽物性参数计算软件界面。对比结果分析表明，该软件计算的结果与2007年国际水与水蒸汽表中的数据完全吻合，说明此软件具有很高的计算准确性，可应用于工程实际中的水与水蒸汽物性参数计算。关键词水；水蒸汽；物性参数；计算程序；临界区分类号TK211文献标识码A文章编号10015884201403018603THECALCULATIONSOFTWAREREARCHABOUTWATERANDWATERVAPORPHYSICALPARAMETERSBASEDONLABVIEWXUDA，LIZHIPENG，CIIENTAP，YANGJIANWEN，HONGSHUNJUN1SCHOOLOFENERGYANDPOWERENGINEERING，CHANGSHAUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY，CHTMGSHA410014，CHINA；2THESECONDPOWERCOMPANYLIMITEDOFYAPMENGPINGDINGSHAN，PINGDINGSHAN467031，CHINAABSTRACTTHEPAPEREXPOUNDEDWATERVAPORIP97PROPERTYCALCULATIONAREAANDCALCULATIONFORMULAOFTHEMODELBYTHEINTERNATIONALWATERASSOCIATIONIN1997WRITINGAAPPLICATIONABOUTTHEPHYSICALPARAMETERSOFWATERANDSTEAMBYUSINGMALTABMETHODSETUPADYNAMICLINKLIBRARYOFWATERANDWATERVAPORPHYSICALPARAMETERSBASEDONTHELABVIEWDEVELOPEDWATERANDWATERVAPORPHYSICALPARAMETERSCALCULATIONSOFTWAREINTERFACECOMPARINGTHERESULTANALYSISTHERESULTSBYDEVELOPINGSOFTWARECALCULATIONPERFECTLYWITHTHEDATEOFTHEINTERNATIONALWATERANDSTEAMTABLESIN2007，ITSHOWSTHATTHESOFTWAREHASAHIGHCALCULATIONACCURACYCANBEAPPLIEDTOCALCULATINGTHEWATERANDSTEAMPROPERTYPARAMETERSKEYWORDSWATER；WATERVAPOR；PHYSICALPARAMETERS；CALCULATIONPROCEDURE；CRITICALSECTION0前言水和水蒸汽作为一种常规工质在热能、化工、冶金、建材等工业领域得到了广泛的应用，水和水蒸汽热力性质的计算成为工业应用、科学研究中必不可少的基础。例如在热能工程中，水和水蒸汽热力学性质的通用计算可用于热力设备状态评价、热力循环分析、企业能量平衡等。首先水和水蒸汽热力性质数据的准确性和可靠性直接关系到生产设备的设计、使用及安全性等一系列问题。因此，准确计算水和水蒸汽的热力性质就成为工业应用和科学研究一个重要基础。其次众所周知，在不同工作条件下，水和水蒸汽的物性参数会发生很大的变化，在工艺系统和设备的设计过程中，工程设计人员需要经常进行繁琐的查表内插或复杂的计算，特别是在大多数系统和设备的设计已经实现计算机程序辅助设计的情况下，这些参数人工介入计算的工作量很大，而且计算结果数据的人工输入往往还是发生错误的主要原国之二。基王上述，珏发出水与水蒸汽物性参数的计算收稿日期20131113程序成为该领域从业人员的追求目标。本文首先介绍了国际通用工业用水和水蒸汽性质计算公式IAPWSIF97的适用范围、区域划分及计算公式，以此为计算模型，以区习永蒸汽物性参数计算程序，实现了水与水蒸汽物性参数实时在线计算。最后基于LABVIEW开发出的计算界面为水与水蒸汽物性参数计算提供了便捷，很好地实现了人机交互。1IAPWSIF97公式的适用范围、分区以及模型公式11适用范围、分区以及相关常数水和水蒸汽的工业公式IAPWSIF97的适用范围为27315K107315K，PLOOMPA；107315K227315K，P10MPA。IAPWSIF97将此有效范围分为5个计算子区域，如图1所示。它们分别是1一未饱和水区，2一过热蒸汽区，3一临作者简介徐达1989一，男，湖南石门人，硕士研究生，研究方向动力机械。第3期徐达等基于LABVIEW的水与水蒸汽物性参数计算软件开发研究187图1IAPWSIF97公式的计算子区域界水和临界蒸汽区，4一饱和区，5一高温低压蒸汽区。IAPWS一1F97公式中应用的常数有气体常数R0461526KJKGK；临界点参数647096K；P22064MPA；P。322KGM；IAPWSIF97公式使用的对比态参数有仃号；77去；在不PLLPFL同的分区中P、T、P、H、S取不同的数值。同时IAPWSIF97的计算公式在5个区域各不相同，在求解各物性参数前，首先判断求解状态所处的区域从图上可知，除区域2、3之间的边界外，其它区域的边界可以从图1直接看出。区域2、3的边界用一个代号为B23的方程来描述仃N1N2凡3112IAPWSIF97各区域物性参数计算模型在1、2和5区域，物性参数计算公式采用的是自变量为P和的吉布斯自由能函数GP，T；在3区域，采用的是自变量为P和的亥姆霍兹自由能函数FP，T；在4区域，采用的是饱和压力方程P。这5个方程，是求解IAPWSIF97物性参数的基本方程。1211区域物性参数计算模型R34NI71L_222SL2式中，N、为常数，相关数值见文献6。区域1中所有状态点的热物性参数可由式2和它的导函数求出。如比热容仃，；比定压热容一下R丁，其热容仃，F；比定压热容一R，其【】【】。1222区域物性参数计算模型Y仃，FY。仃，R仃，3943式中，。IT，RLN丌OJR；仃，TRNIJ7RR一05JI；、，、为常数，相关数值见文献6。区域1中所有状态点的热物性参数可由式3和它的导函数求出。如比热容仃，RZRY；比定压热容一下。竹7。1233区域物性参数计算模型NLN84ONI84式中，N、LI、J为常数，相关数值见文献6。区域1中所有状态点的热物性参数可由式4和它的导函数求出。如，其中【等。1244区域物性参数计算模型由图1可知4区域为饱和区域。通过压力可求得饱和温度。对于水，可把饱和压力、饱和温度代入1区域的方程求得热物性参数；对于饱和蒸汽，可把饱和压力、饱和温度代入2区域的方程求得热物性参数。区域4的计算模型为】4其中，ANLN2；曰N3N40；CN6N7N。；嘉9_一；为常数，数值见参考文献6。101255区域物性参数计算模型“，R”6其中，Y。，RLN仃O；Y仃，NI仃R一05JI；、为常数，相关数值见文献6。126其它物性参数计算模型动力黏度计算模型7OT。T，T，7导热系数计算模型8。于，卢8普朗特数计算模型PR92程序编辑与系统设计21程序编辑基于IAPWSIF97计算公式模型，结合MATLAB编程特点，把所有的计算模型作为矩阵运算。如1区域的的求法与分别定义为一个1行34列的矩阵。同时把71一定义为71一仃与ONES1，34相乘的矩阵，对于一1定义为一个1行34列的矩阵值分别减去数值1。最后通过MATLAB中自带的求解器STLS实现，的求解。该计算方法省去了计算偏导与每步相加的延迟性，大大提高了运算时间，同时MATLAB的运算总是以所能达到的最高精度计算，从而计算结果不会出现截断误差，提高了计算的精确性。以水和水蒸汽黏度值计算作为说明。由上面物性参数计算模型知黏度值计算需要温度和密度两个状态参数，而密度又与压力和温度两态参数有关，所以求水和水蒸汽黏度值，首先要知道其对应的温度和压力P两个参数。计算过程分为如下几个步骤第一步通过给定的压力值P求出对应的饱和温度值，同时比较输入的温度是否小于107315K；第二步把所要求的水和蒸汽计算温度与饱和温度值进行比较，若所求的温度值比饱和温度值低，则按IAPWSIF97第一区的比容计算式求出对应的温度和压力下的比容值。若所求的温度比饱和温度高，则按IAPWSIF97第二区_226汽轮机技术第56卷供热机组在额定供热抽汽、供热负荷相等的情况下，输入净热量为1820200656KJH，出力为2705354KW，折合机组发电煤2FI237GKWH。式中，B为供电煤耗，GKWH；为发电煤耗，GKWH；为厂用电率，。由表2可知，蒸汽驱动小汽机后，乏汽余热通过热网水进行冷却回收，总的供热负荷与采用电泵方式下的直接抽汽加热相等，消耗的采暖抽汽总量相等。从发电煤耗的角度来看，两种方式对机组发电煤耗均无影响，但是从供电煤耗来看，采用汽泵后由于减少了厂用电的消耗，使厂用电率相对下降067，单台机组在采暖季厂用电率由655下降到588，机组供电煤耗下降了18GKWH，机组降耗水平大大增加。5结束语本文对采用小汽机驱动热网循环水泵的方式进行了经济性分析，并以某300MW亚临界供热机组为例进行数据论证，得到如下结论1根据机组抽汽能力和蒸汽参数条件，采用小汽机驱动热网循环水泵，每年减少运行成本200万元300万元，体现较好的经济效益；2在相同的供热负荷条件下，减少了厂用电的消耗，与电泵驱动方式相比，供电煤耗同比可以下降15GKWH一3GKWH。参考文献1谈双根小型工业汽轮机在热电厂给水泵上的应用J热力发电，2006，2562刘道鹏发电厂汽泵代替电泵启动应用分析J电力与能源，2009，357907913赵世明，高峰热水循环泵节能探讨J给水排水，2009，353788O4张春发，张燕，董丽娟，等电动给水泵和汽动给水泵的经济性比较研究J电力科学工程，2006，131335樊印龙，李飞雁给水泵汽轮机气源配置浅析J浙江电力，2005，129316刘洋浅析热网循环泵变频调节运行J工程科技，2008，12702717陈功火电厂循环泵运行方式对机组经济性的影响J汽轮机技术，2007，4917O一728丁家峰，齐进，吴志祥大型火电机组给水泵驱动方案的经济性比较J节能，201L，1284889娄智勇，徐二虎，杜志英热电厂汽动给水泵节电分析J科技传播，201L，9798210杨冬，徐宏，郑善和热电厂中使用汽动给水泵的热力系统优化分析J电站系统工程，2006，2232L一24上接第188页参考文献贾俊颖，王培红，程懋华水和水蒸汽性质通用计算软件的算法研究J热能动力工程，2000，159O666669汪国山，朱晓星，谭锐，等水和水蒸汽热力性质国际工业标准IAPWS一11797和计算程序编制J汽轮机技术，2005，473161164吴燕玲，钟崴，童水光，等IAPWSIF97水和水蒸汽性质计算方法的补充模型及应用J热力发电，2008，3733O一33郑林，常鲜戎，崔勇IAPWSIF97拟合公式在火电厂实时仿真中的应用J热力发电，2009，383384JD王培红，贾俊颖，程懋华水和水蒸汽热力性质IAPWSI1；97公式的通用计算模型J动力工程，2001，216156415676WWAGNER，JRCOOPER，ADITTMANNETA1TLEIAPWSINDUSTRIALFORMULATION1997FORTHETHERMYNAMICPROPERTIESOFWATERANDSTEAMJJOURNALOF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