水的高精度热物性计算程序

1、水的高精度热物性计算程序1 研究背景水的热物性作为必不可少的基础数据，广泛应用在核电厂设计、仿真、调试、运行等各个阶段。水热物性的高精度、快速计算直接关系到核电厂运行的可靠性和经济性。特别是对于热工水力的设计，优化，标定，实时监控及仿真运行，需要水热物性高精度的快速计算方法。本文基于IAPWS-95的计算方法，开发了具有自主知识产权的水热物性计算程序，以提高水热物性的计算精度和速度。同时，还开发了水粘度及导热系数的计算程序，以满足核电厂传热计算分析的要求。此外，程序具有友好的图形界面，后续进行功能扩展也十分方便。2 水的热物性计算方程IAPWS-95方程以亥姆霍兹自由能f为基准方程，具体形式如

2、式（1-3）所示。（ 1）（ 2）（ 3）IAPWS-95基准方程（1-3）以温度和密度为输入变量，共含有64项。其中为对比密度，为对比温度。其表达式如式（4-5）所示。方程的适用范围为：273.15K<T<1073.15K,p<100MPa1073.15K<T<2273.15K,p<10MPa（ 4）（ 5）对于其他参数，如压力、焓、熵、比热及声速等，由基准方程导出，具体形式分别如式（6-10）所示。其中、对或的导数以下标形式表示。（ 6）（ 7）（ 8）（ 9）（ 10）粘度的计算方程如（11-13）所示：（ 11）（ 12）（ 13）导热系数的计算方程

3、如（14-17）所示：（ 14） ）（ 15）（ 16）（ 17）以上方程均以温度和密度为输入变量。焓，则需要先求得密度，再进行计算，但若已知温度、压力或IAPWS-95并没有给出密度的计算公式。同时，IAPWS-95中的计算方程还需要求解多阶导数，使用并不方便1。为此，需要根据式（2-6），通过迭代法计算密度。为了满足不同的输入变量要求，还需要建立以温度和压力，温度和焓，压力和焓为输入变量的计算方法。同时，为方便维护及用户使用，需要将计算方法通过程序实现，进行封装，并?_发友好的人机界面。3反推方程及程序开发IAPWS-95给出的方程均以温度和密度作为输入变量，实际使用中，往往还需要根据温度

4、和压力，温度和焓，压力和焓来计算水的物性参数，为此，本文基于IAPWS-95,反推出了以温度和压力，温度和焓，压力和焓为输入变量的计算子程序，共48个子程序，可计算饱和态以及非饱和态下，水的各种热物性参数。下文以已知压力和温度，求密度为例，说明程序的具体结构2程序的结构图1所示。友好的图形用户界面是应用程序的基本交互入口，为了方便用户使用。本文基于JAVA语言编制了水热物性的计算程序，进行了集成封装，并开发了图形用户界面，如图2所示。界面分为饱和态和非饱和态两个计算区。在饱和态计算区，用户可以根据需要，选择不同的输入变量，如压力、温度或比焓。在非饱和态计算区，用户需要输入两个变量，如压力和温度

5、，压力和比焓，温度和比焓。4程序适用范围及计算精度程序的适用范围与IAPWS-95一致，为273.15KWTW1073.15K,pw100M自；1073.15K<T<2273.15K,p<10MPa选取不同的温度和压力点，利用本程序进行计算，与IAPWS-95的比较结果如表1-表6所示。从表1-表6,可以看出：程序计算结果与IAPWS-95吻合较好。除导热系数计算偏差相对较大外，其他热物性参数的计算偏差普遍在十万分之五以内。5结语本文基于水和水蒸气最新的物性计算方法IAPWS-95,开发了以温度、压力和焓为输入变量的计算方法，基于迭代法开发了水密度的计算程序，同时还开发了水导热系数和粘度的计算方法，并通过图形用户界面实现，方便用户使用。程序具有自主知识产权，计算的精度较高，温度、压力、比焓、比熵的偏差均小于0.