一种基于虚拟仪器的水和水蒸气相态判定算法
【专利摘要】本发明公开了一种基于虚拟仪器的水和水蒸气相态判定算法，其包括在计算机上建立虚拟仪器平台的步骤，根据工业用水和水蒸气热力性质IAPWS?IF97计算公式编制子程序的步骤，通过输入水和水蒸气热力参数及其组合判断其所处相态并计算其热力性质的步骤；其有益效果是：本发明基于虚拟仪器技术并按照模块化的思想，将水和水蒸气各区的基本方程、反推方程、补充方程以及边界方程作为子程序，根据输入热力参数调用各个区域子程序，实现水和水蒸气相态的自动判断并计算其热力性质；本发明进一步提高了计算和分析水和水蒸气热力性质的效率，实现了人工查水和水蒸气表及图时所无法达到的高效性和经济性。
【专利说明】
-种基于虚拟仪器的水和水蒸气相态判定算法
技术领域
[0001] 本发明属于火力发电机组热力试验虚拟仪器开发技术领域，具体设及一种基于虚 拟仪器的水和水蒸气相态判定算法。
【背景技术】
[0002] 虚拟仪器技术是基于计算机的技术，在现阶段，依靠现代信息技术，特别是计算机 软件技术的快速发展和应用，通过计算机硬件资源和用于数据分析、过程通信W及用户自 定义界面的软件资源组成数据处理和测试仪器系统，可W提供高性能的数据处理能力。传 统仪器通过仪器面板上的控件和按钮实现操作和控制，而虚拟仪器技术通过各种交互式输 入/输出控件、对话框、菜单W及应用函数模块模拟传统仪器面板完成操作和开发，并利用 计算机强大的运算、分析和处理功能对控制对象和显示控件进行操作和控制，也使数据处 理和分析结果更加直观形象。
[0003] 在W水和水蒸汽为运行介质的工业领域中，水和水蒸汽相态判定及其热力性质计 算是必不可少的基础和工具。W火力发电机组为例，煤在锅炉中燃烧，将其化学能转变为热 能，锅炉水冷壁中的水吸热后变为水蒸汽，并且在过热器内过热，成为过热蒸汽，此时蒸汽 的溫度、压力比外界环境的溫度和压力高，具备作功能力。当过热蒸汽被导入汽轮机后，先 通过喷管膨胀，速度增大，热力学能变成动能，具有一定动能的蒸汽推动汽轮机叶片转动作 功。作功后的蒸汽从汽轮机进入凝汽器，被循环水冷凝成过冷水，并由累加压送入锅炉加 热，完成一个循环。在此过程中，作为工质的水和水蒸汽不断的蒸发、沸腾W及凝结，通过水 的相态变化过程完成了火电机组的运行。因此水和水蒸汽的相态判定及其热力性质计算是 火电机组能耗计算和节能评估的基础，其计算结果的准确性直接影响到火电机组热力系统 的优化控制和性能指标评价 由于水和水蒸气热力性质十分复杂，国际水和水蒸气热力性质委员会(IAPWS)于1997 年发布了新的工业用水和水蒸气热力性质计算公式，该计算模型扩展了原有的IFC-67 (1967年国际公式化委员会IFC在第六届水蒸气性质国际会议上发布的官方标准公式)适用 范围，并且在计算精度、速度W及区域边界一致性上都优于原有的IFC-67计算模型。将热能 动力W及工程热力学领域中水和水蒸气的相态判定及热力性质计算通过虚拟仪器技术实 现，使其应用更加的灵活方便，算法设计也便于管理和维护。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种能更加高效准确的获取不同热力输入参 数状态下水和水蒸汽所处的相态及其热力性质基于虚拟仪器的水和水蒸气相态判定算法。
[0005] 为解决上述技术问题所采用的技术方案是:一种基于虚拟仪器的水和水蒸气相态 判定算法，其包括W下步骤： 步骤1在计算机上建立虚拟仪器平台，所述虚拟仪器平台包括设置在计算机的存储器 上的主程序模块和设置在计算机的显示器上的虚拟面板;所述虚拟面板包括输入界面、输 出界面、饱和水按钮、饱和蒸汽按钮、亚稳态按钮和过冷水按钮;所述输入界面的输入参数 包括压力、溫度、比洽、比赌和密度;所述输出界面的输出参数压力、溫度、比洽、密度、比赌、 比容、音速、比热力学能、定容比热容和定压比热容； 步骤2根据工业用水和水蒸气热力性质IAPWS-IF97计算公式中的1区基本方程、2区基 本方程、3区基本方程、4区基本方程、5区基本方程W及2区与3区之间边界方程分别作为编 制子程序：1区基本方程子程序、1区反推方程子程序、2区基本方程子程序、3区基本方程子 程序、4区基本方程子程序、5区基本方程子程序W及2区与3区之间边界方程子程序;所述1 区基本方程子程序、2区基本方程子程序、2区补充方程子程序、3区基本方程子程序、4区基 本方程子程序、4区反推方程子程序、5区基本方程子程序W及2区与3区之间边界方程子程 序分别设置在所述计算机的存储器上； 步骤3通过输入水和水蒸气热力参数及其组合判断其所处相态并计算其热力性质;具 体步骤如下： 步骤3-1输入参数为热力学溫度了 1; 老
，则主程 序模块判断所述热力学溫度r 1处于IAPWS-IF97的有效计算范围，主程序模块使饱和水按 钮、饱和蒸汽按钮置为可用;通过饱和水按钮调用1区基本方程子程序求解饱和水的热力性 质或者通过饱和蒸汽按钮调用2区基本方程子程序求解饱和蒸汽的热力性质；否则，热力学 溫度乎1参数越界，主程序模块使饱和水按钮、饱和蒸汽按钮置为不可用；需重新输入热力 参数及其组合； 步骤3-2输入参数为压力巧1; 若
，则主程序模块判断所述压力护1处于IAPWS-IF97的有效计算 范围，主程序模块使饱和水按钮、饱和蒸汽按钮置为可用；通过饱和水按钮调用1区基本方 程子程序求解饱和水的热力性质或者通过饱和蒸汽按钮调用2区基本方程子程序求解饱和 蒸汽的热力性质；否则，压力^ l参数越界，主程序模块使饱和水按钮、饱和蒸汽按钮置为不 可用；需重新输入热力参数及其组合； 步骤3-3输入参数为压力护2与热力学溫度T 2的组合，主程序模块判断所述压力护2 与热力学溫度^2的组合是否处于14?￥5-^97的有效计算区域；
若满， 或者 则所述压力声2与热力学溫度玄2的组合处于IAPWS-IF97的有效计算区域；否则需重 新输入热力参数及其组合；
在所述压力2沪与热力学溫度了 2的组合化于IAPWS-IF97的有效计算区域的情况下， 主程序模块判断热力学溫度T2是否满巧 I时主程序模 块调用4区基本方程子程序判断压力古2^ ; 若满盾
则主程序模块调用1 区基本方程子程序、2区基本方程子程序、2区补充方程子程序和4区基本方程子程序来计算水 和水蒸气干度:果和压力取2，并判断其是否满月
； 若满盾
^，则主程序模块使亚 稳态按钮和过冷水按钮置为可用；通过亚稳态按钮和过冷水按钮调用1区基本方程子程序 求解过冷水的热力性质或者调用2区补充方程子程序求解亚稳态蒸汽的热力性质； 若不满足
，那么调用4 区基本方程子程序、2区与3区之间边界方程子程序并判断热力学溫度T2和压力?^ 2是否满 足：
^￡程序调用5区基本方 程求解高溫状态水和水蒸气热力性质；否则参数越界，重新输入热力参数及其组合； 步骤3-4当输入参数为压力3与比洽義时，主程序模块调用4区反推方程子程序和1 区基本方程子程序计算所述压力3对应饱的和状态比洽馬.，并判断比洽占是否满足A曰; 若满足心则主程序模块调用1区基本方程子程序和1区反推方程子程序计算过冷水热力 性质;若不满足&曰则主程序模块调用4区反推方程子程序和2区基本方程子程序，并判断 输入参数压力护3与比洽克是否满足2区边界条件要求;若满足2区边界条件要求则调用2区 基本方程子程序计算过热蒸汽状态下的水和水蒸气热力性质;若不满足2区边界条件要求 则重新输入热力参数及其组合； 步骤3-5当输入参数为压力巧4与比赌S时，主程序模块调用4区反推方程子程序和1 区基本方程子程序计算压力f 4对应的饱和状态比洽&，并判断比洽心是否满足S這毎;若 满足r曰旬则主程序模块调用1区基本方程子程序和1区反推方程子程序计算过冷水热力性 质;若不满足则主程序模块调用4区反推方程子程序和2区基本方程子程序，并判断输 入参数压力^^4与比洽心是否满足2区边界条件要求;若满足2区边界条件要求则计算过热 蒸汽状态下的水和水蒸气热力性质;若不满足2区边界条件要求则重新输入热力参数及其 组合； 步骤3^若输入参数为热力学溫度'r 3与密度户时，主程序模块调用妪基本方程子程序获 得所述输入参数热力学溫度衣：3与密度巧对应的压力护5值，并调用妪基本方程子程序和妪基 本方程子程序边界方程判断热力学溫度了 3与压力护5是否满足：
i
若满足，则主程序模块调用3区基本方程子程序计算处于临 界状态的水和水蒸气性质，否则重新输入热力参数及其组合。
[0006] 所述1区基本方程为
地'，O是W压力和溫度为自变量的G化bs自由能函数，气体常I
， 无量纲参避
1区边界条件为：运T豆1述且
，其中(了)是对应溫度的饱和压力； 1区W压力:^和比洽也为自变量的反推方程为
其中，
W压力A和比備f为自变量的反推方程为：
其中，
2区基本方程为：
是W压力和溫度为自变量的G化bs自由能函数，无量纲参数
， 2区补充方程为
其中， 2区巧 其中， 贝1J2区边界条件表示为：
其中，为对应溫度的饱和压力，弟辩由B23方程确定； 为了对2区反推方程做出说明，IAPWS-IF97在2区内将2区再次划分为a，b，cS个子区 域，其中，a区边界条件为异心4MP"，b区边界条件为5岂5.目5，c区边界条件为S <5.目5。则W 压力與和比洽克为自变量的a区域的反推方程为：
/的巧是W密度和溫度为自变量的化Imholtz自由能函数，无量纲参数5 = p/片，r = 77r，
，临界参数
3区边界条件为
其中，了(的和巧由2区和3区边界方程确定； 4区基本方程为：
，了,为饱和溫度； 4反巧巧条件为：
g技，巧是W压力和溫度为自变量的G化bs自由能函数，无量纲参数
5区边界条件为：
其中，祀，皆击取:妈K巧异呀是相关拟合参数常量。
[0007]本发明的有益效果是:本发明在全面分析IAPWS-IF97计算模型的基础上，基于虚 拟仪器技术并按照模块化的思想，将水和水蒸气各区的基本方程、反推方程、补充方程W及 边界方程作为子程序，根据输入热力参数调用各个区域子程序，可W实现水和水蒸气相态 的自动判断并计算其热力性质;本发明通过水和水蒸气相态的判定及热力性质的计算，为 后续的机组性能指标计算和设备运行状态诊断分析提供了有效的，有价值的数据支撑;本 发明中通过算法的应用和实施，进一步提高了计算和分析水和水蒸气热力性质的效率，实 现了人工查水和水蒸气表及图时所无法达到的高效性和经济性，同时也有助于提升计算精 度和速度，在实际工程应用和科学计算中具有重要的指导意义和参考价值。
【附图说明】
[0008] 图1为本发明的方法流程图。
[0009] 图2为虚拟面板的水和水蒸气计算界面。
[0010] 图3为虚拟面板的水和水蒸气相态判定界面。
[0011] 图4为IAPWS-IF97水和水蒸气区域及方程。
[0012] 在图2-3中，1输入界面、1输出界面、3饱和水按钮、4饱和蒸汽按钮、5亚稳态按钮、6 过冷水按钮。
【具体实施方式】
[0013] 下面结合图1-图4W及实施例对本发明作进一步说明。
[0014] 国际水和水蒸气热力性质委员会(IAPWS)于1997年发布了新的工业用水和水蒸气 热力性质计算公式，该计算模型扩展了原有的IFC-67Q967年国际公式化委员会IFC在第六 届水蒸气性质国际会议上发布的官方标准公式)适用范围，并且在计算精度、速度W及区域 边界一致性上都优于原有的IFC-67计算模型； 虚拟仪器技术结合了现代计算机技术和测试测量技术，通过利用软件程序模拟传统仪 器面板的各种器件，并结合高效灵活的软件平台完成测试、测量和自动化应用。通过基于虚 拟仪器技术实现IAPWS-IF97计算模型开发，可W实现完全意义上的用户自定义界面系统， 有助于对输出结果进行相关的操作和控制； 基于虚拟仪器技术的水和水蒸气相态判定算法是按照IAPWS-IF97计算模型要求，W虚 拟仪器技术为基础，通过输入水和水蒸气相关热力参数自动判断其所处相态并计算其热力 性质。
[0015] IAPWS-IF97计算模型分析，为国际水和水蒸气热力性质委员会（IAPWS)于1997年 发布的工业用水和水蒸气热力性质计算公式。IAPWS-IF97将水和水蒸气有效计算区域划分 为5个区域见附图4所示，其中1区为过冷水区；2区为过热蒸汽区；3区为临界水和蒸汽区；4 区为饱和状态区；5区为高溫低压区。
[0016] 1区、2区和5区基本方程是采用自变量为压力P和热力学溫度T的Gibbs自由能函 数客(f，巧，；3区基本方程是采用自变量为密度與和热力学溫度玄的化Imholtz自由能函数 /(AO，；4区基本方程是采用自变量为热力学溫度T的饱和压力方程巧(巧。除此之外，在 2区和3区之间定义了一个边界方程称为B23方程。同时，为了对水和水蒸气亚稳态做出说 明，IAPWS-IF97还发布了 2区的补充方程。为了求解隐函数方程相关区域的反推方程也给出 了说明。
[0017] I区基本方程为；
fif.n是W压力和溫度为自变量的G化bs自由能函数，气体常数及二0.4615如时牺'巧）， 无量纲参数
。！区边界条件为：
，其中(了)是对应溫度的饱和压力。
[001引1区W压力f和比洽也为自变量的反推方程为：
其中，
W压力f :和比赌曰为自变量的反推方程为
其中 2区g 島枉'，巧是W压力和溫度为自变量的G化bs自由能函数，无量纲参数= ^如'，T=巧了'，
[0019] 2区补充方程为：
其中
2区和3区边界方程B23方程为；
其中
。
[0020] 贝1J2区边界条件表示为：
其中，.町(了)为对应溫度的饱和压力，取(巧由B23方程确定。
[0021] 为了对2区反推方程做出说明，IAPWS-IF97在2区内将2区再次划分为a，b，cS个子 区域，其中，a区边界条件为玄^4邮務，b区边界条件为芯占5.巧，C区边界条件为芯<5.巧。现J W压力异和比洽:?为自变量的a区域的反推方程为：
, 其中，
W压力巧和比赌6为自变量的a区域的反推方程为：
/化O是W密度和溫度为自变量的Helmholtz自由能函数，无量纲参数
，临界参数
[0022] 3区边界条件为；
其中，巧切和^巧由2 区和3区边界方程确定。
[0023] 4区基本方程为
并且
，巧为饱和溫度。
[0024] 4区边界条件为：273.:15於<：7皂647.日96茫 良22.21却。芭其良22.0自4i蜡?。: 4区反推方程为：
[002!
客姑，巧是W压力和溫度为自变量的G化bs自由能函数，无量纲参数
，
O
[00%] 5区边界条件为
上述公式中/巧=1，2,3…）是相关拟合参数常量。IAPWS-IF97计算模型给出 了基本方程、补充方程W及反推方程基本公式，并通过他们W及其组合实现水和水蒸气所 有热力性质参数的计算。
[0027]基于虚拟仪器技术的IAPWS-IF97计算模型实现，是将水和水蒸气各区方程作为一 个子程序，并按照虚拟仪器的特点将各区方程的自变量作为输入接口，W控制输入参数，待 求解参数作为输出接口，用于控制输出参数，通过输入和输出参数接口实现主程序对各个 子程序的调用，完成水和水蒸气计算模型的程序化开发。
[002引按照IAPWS-IF97计算模型要求，W虚拟仪器技术为基础，通过输入水和水蒸气相 关热力参数自动判断其所处相态并计算其热力性质，具体步骤如下： 输入:水和水蒸气热力参数及其组合； 输出：水和水蒸气相态及其热力性质。
[00巧]Stepl:选择输入参数及其组合； Step2:根据输入参数及其组合调用子程序； (1) 如果输入参数为热力学溫度了，判断其是否处于IAPWS-IF97的有效计算范围，若 打义15足<了<1的3.15皮或者1的3.15坚<^<2273.15芯则通过虚拟仪器按钮调用IAPWS- IF97计算模型1区基本方程求解饱和水的热力性质或者调用2区基本方程求解饱和蒸汽的 热力性质，若超出有效计算区域，则参数越界，重新输入热力参数及其组合； (2) 如果输入参数为压力^，判断其是否处于14?￥5-^97的有效计算范围，若:=^3*^胃心。， 则通过虚拟仪器按钮调用IAPWS-IF97计算模型1区基本方程求解饱和水的热力性质或者调 用2区基本方程求解饱和蒸汽的热力性质，若超出有效计算区域，则参数越界，重新输入热 力参数及其组合； (3) 若输入参数为压力必和热力学溫度了的组合，判断其是否处于IAPWS-IF97的有效 计算范围，如果：斟3'巧芯宜了运10巧巧爲护直舶O峨a或者1的3.15路<了<2273.15取真<10辉化， 则处于有效计算区域。
[0030]判断热力学溫度了是否满足273.15狂<了<自巧.15芯，并调用4区基本方程判断压力井 是否满足A巧却引00蜂。，若均满足则调用1区基本方程、2区基本方程、2区补充方程和4区基 本方程计算水和水蒸气干度采和压力护，并判断其是否满足y 4 QIKminSM班^.SIGM班， 若满足则通过虚拟仪器按钮调用IAPWS-IF97计算模型1区基本方程求解过冷水的热力性质 或者调用2区补充方程求解亚稳态蒸汽的热力性质。如果不满足水和水蒸气1区边界条件和 2区补充方程边界条件要求，那么调用4区基本方程、2区和3区边界方程并判断热力学溫度 r和压力取是否滿足：
若满足则调用2区基本方程计算过热蒸汽热力性质。如果不满足则进一步判断其是否 满足
若满足则调用5区基本方程求解高溫状态水和水蒸气热力性质。否则参数越界，重新输 入热力参数及其组合； (4) 当输入参数为压力^与比洽&时，调用4区反推方程和1区基本方程计算该压力^^. 对应饱和状态的比洽％，并判断比洽东是否满足A曰/:,，若符合该条件则调用1区基本方程 和1区反推方程计算过冷水热力性质。否则调用4区反推方程和2区基本方程，判断输入参数 压力f与比洽拓是否满足2区边界条件要求，若满足则计算过热蒸汽状态下的水和水蒸气 热力性质。否则重新输入热力参数及其组合； 巧）当输入参数为压力f与比赌S时，调用4区反推方程和1区基本方程计算该压力护 对应饱和状态的比洽&，并判断比洽S是否满足，若符合该条件则调用1区基本方程 和1区反推方程计算过冷水热力性质。否则调用4区反推方程和2区基本方程，判断输入参数 压力马与比洽S是否满足2区边界条件要求，若满足则计算过热蒸汽状态下的水和水蒸气 热力性质。否则重新输入热力参数及其组合； (6) 若输入参数为热力学溫度了与密度與时，调用3区基本方程获得对应该输入参数 热力学溫度了与密度與时的压力:^值，并调用2区和3区边界方程判断热力学溫度了与压力 巧是否满足：目23.15於ST<T(別；:|(巧却引日0雌口，若满足则调用3区基本方程计算处 于临界状态的水和水蒸气性质，否则重新输入热力参数及其组合； (7) 若输入的热力参数值不满足有效计算区域，则参数越界，重新输入热力参数及其组 合。
[0031] 注:一、步骤(4)步骤巧）中关于饱和状态比洽电和Js计算方法为： 首先令输入参数压力爭=戰，并代入4区反推方程，获得输入参数压力点对应状态下的 饱和溫度写，将输入参数压力A郝饱和溫度巧i代入1区基本方程获得W压力和溫度为自变 量的G比bs自由能函数这掉，斟 则饱和状态比烙;^和^,的计算公式分别为：
Gibbs自由能函数对自变量 溫度T求偏导。
[0032] 二、步骤(3)中设及到的水和水蒸气干度J计算方法为： 首先，令热力学溫度了 = ?；并将热力学溫度了代入4区基本方程，获得对应状态下的饱 和压力馬，将饱和压力巧和热力学溫度 r代入1区基本方程，获得W压力和溫度为自变量 的G比bs自由能函数g化，了），然后计算饱和水比洽
其次，令热力学温度了 = ^并将热力学溫度京代入4区基本方程，获得对应状态下的饱 和压力A，将饱和压力:?和热力学溫度r代入2区基本方程，获得W压力和溫度为自变量 的G比bs自由能函数g(A，T)，然后计算饱和蒸汽比洽
最后，将输入参数压力f和热力学溫度了并代入2区补充方程，获得W压力和溫度为 自变量的G化bs自由能函数gi>，r)，并按照
求解比洽.?，则水和 水蒸气干度y计算方法为：
[0033] 对于水和水蒸气相态判定及热力性质计算，通过虚拟仪器技术，按照模块化的思 想，将水和水蒸气各个区域方程编写为子程序，通过输入不同的热力参数判断水和水蒸气 所处的相态，并调用水和水蒸气各个区域的基本方程、反推方程、补充方程W及边界方程实 现水和水蒸气相态的判定W及热力性质的计算。
[0034] 水和水蒸气热力性质计算作为相关工业领域科学研究的基础和工具，其计算结果 直接影响到W水和水蒸气为运行介质的工业系统的优化控制和性能评价分析，因此在实际 工程应用和科学计算中有必要对水和水蒸气的热力性质进行定量计算并准确判断其所处 的相态。该算法的引入对于火电机组后续的能耗指标计算W及性能评价分析方面具有重要 的指导意义和参考价值。
[0035] 采用上述算法可W针对火电机组热力计算中水和水蒸气相态判定问题，通过基于 虚拟仪器技术的相态判定算法为后续机组性能指标计算和设备运行状态诊断分析提供有 效的数据支撑。本方法在虚拟仪器的基础上，W国际水和水蒸气热力性质委员会（IAPWS) 1997年发布的工业用水和水蒸气热力性质计算公式为准则，采用有效的相态判定算法，实 现了对水和水蒸气热力学状态的判定，确立了一种基于虚拟仪器技术的水和水蒸气相态判 定算法。
[0036] 通过选择不同的输入参数类型组合，首先判断输入参数是否处于IAPWS-IF97计算 模型的有谢巧雨內，
如果输入参数超出计算有效范围，需重新输入相关参数，否则，根据水和水蒸气各区边 界条件判断所处计算区域，并调用对应计算区域的子程序，通过模块化的设计思想可W实 现基于虚拟仪器技术的水和水蒸气相态判定算法。
[0037] W上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施例的穷举。 对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显 而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于虚拟仪器的水和水蒸气相态判定算法，其特征在于包括以下步骤： 步骤1在计算机上建立虚拟仪器平台，所述虚拟仪器平台包括设置在计算机的存储器 上的主程序模块和设置在计算机的显示器上的虚拟面板;所述虚拟面板包括输入界面（1)、 输出界面(2)、饱和水按钮(3)、饱和蒸汽按钮(4)、亚稳态按钮(5)和过冷水按钮(6);所述输 入界面（1)的输入参数包括压力、温度、比焓、比熵和密度;所述输出界面(2)的输出参数包 括压力、温度、比焓、密度、比熵、比容、音速、比热力学能、定容比热容和定压比热容； 步骤2根据工业用水和水蒸气热力性质IAPWS-IF97计算公式中的1区基本方程、2区基 本方程、3区基本方程、4区基本方程、5区基本方程以及2区与3区之间边界方程分别编制子 程序:1区基本方程子程序、1区反推方程子程序、2区基本方程子程序、3区基本方程子程序、 4区基本方程子程序、5区基本方程子程序以及2区与3区之间边界方程子程序;所述1区基本 方程子程序、2区基本方程子程序、2区补充方程子程序、3区基本方程子程序、4区基本方程 子程序、4区反推方程子程序、5区基本方程子程序以及2区与3区之间边界方程子程序分别 设置在所述计算机的存储器上； 步骤3通过输入水和水蒸气热力参数及其组合判断其所处相态并计算其热力性质；具 体步骤如下： 步骤3-1输入参数为热力学温度:Γ1; 若273.13[SJlSl07:il5[或者 1:073·15[?：Π?Ξ2Γ73.1:5夏，则主程序 模块判断所述热力学温度Γ 1处于IAPWS-IF97的有效计算范围，主程序模块使饱和水按钮 (3)、饱和蒸汽按钮(4)置为可用；通过饱和水按钮(3)调用1区基本方程子程序求解饱和水 的热力性质或者通过饱和蒸汽按钮(4)调用2区基本方程子程序求解饱和蒸汽的热力性质； 否则，热力学温度Tl参数越界，主程序模块使饱和水按钮(3)、饱和蒸汽按钮(4)置为不可 用；需重新输入热力参数及其组合； 步骤3-2输入参数为压力户1; 若G S ΙΟΟΛφ??，则主程序模块判断所述压力P 1处于IAPWS-IF97的有效计算 范围，主程序模块使饱和水按钮(3)、饱和蒸汽按钮(4)置为可用;通过饱和水按钮(3)调用1 区基本方程子程序求解饱和水的热力性质或者通过饱和蒸汽按钮(4)调用2区基本方程子 程序求解饱和蒸汽的热力性质；否则，压力参数越界，主程序模块使饱和水按钮(3)、饱 和蒸汽按钮(4)置为不可用；需重新输入热力参数及其组合； 步骤3-3输入参数为压力P :2与热力学温度J7 2的组合，主程序模块判断所述压力A 2与 热力学温度f 2的组合是否处于IAPWS-IF97的有效计算区域； 若满足 273.15[ S1073.15 X 且 S ΙΟΟΑφ?? 或者 1073.151:0^252273.151^ 且β2?ΟΛφα， 则所述压力，2与热力学温度T 2的组合处于IAPWS-IF97的有效计算区域；否则需重新 输入热力参数及其组合； 在所述压力Ii 2与热力学温度:Γ 2的组合处于IAPWS-IF97的有效计算区域的情况下，主 程序模块判断热力学温度T 2是否满足273.15[ SΓ2 S 623.15Χ，同时主程序模块 调用4区基本方程子程序判断压力是否满足户;(2^ s€ 100Λφ?2; 若满足：2:73.:15[<72<623.15[且凡〇〇€丨2<100帅炫，则主程序模块 调用1区基本方程子程序、2区基本方程子程序、2区补充方程子程序和4区基本方程子程序来计 算水和水蒸气干度文和压力於，并判断其是否满足〇且 若满足0.95<2<1且0.00611675太^1：^/?2<10立^￡2，则主程序模块使亚稳态 按钮(5)和过冷水按钮(6)置为可用；通过亚稳态按钮(5)和过冷水按钮(6)调用1区基本方 程子程序求解过冷水的热力性质或者调用2区补充方程子程序求解亚稳态蒸汽的热力性 质； 若不满足273.15[^^2<623.15[且凡(：〇€夕2￡100雄1￡1，那么调用4区 基本方程子程序、2区与3区之间边界方程子程序并判断热力学温度浐2和压力？ 2是否满 足： 273·15[?ΞΓ2<623·15[且 〇<丨2€凡(2^或者 623_15[S：r2i863.15[且 0<p2i/?CO或fr 86Ι3·13[?Γ2?1073·15Χ 且0</?2€?00Λφ??， 若满足 273.15 [ S Γ2 S 623.15[且 G < P 2 S 0-)或者 623.15足 S Γ2 S 863.15[且 〇 < ? /?0-)或荇 863·15[6Γ2￡：1073·15[且0</?2€?(Κ)Αφ??， 则主程序模块调用2区基本方程子程序计算过热蒸汽热力性质； 如果不满足 273.151SΓ2 S 623.15[且 G < p2 S&0-)或者 623.15[ S863.15[且 〇< ? /?〇〇 或荇 863.15[<Γ2<1073.15[且 0</72<1ΜΑφ??， 则主程序模块进一步判断是否满足 1073.15<Γ2<2273.15 ||.0<ρ2<10λφα, 7,:满足1073丄5：^1*2：^2273.15||.0</?2<10聊1￡1，则主程序调用5区基本方程 求解高温状态水和水蒸气热力性质；否则参数越界，重新输入热力参数及其组合； 步骤3-4当输入参数为压力P 3与比焓I时，主程序模块调用4区反推方程子程序和1区 基本方程子程序计算所述压力芒3对应饱的和状态比焓.?，并判断比焓:?是否满足&5&; 若满足A 则主程序模块调用1区基本方程子程序和1区反推方程子程序计算过冷水热力 性质;若不满足A S化则主程序模块调用4区反推方程子程序和2区基本方程子程序，并判断 输入参数压力，3与比焓為是否满足2区边界条件要求;若满足2区边界条件要求则调用2区 基本方程子程序计算计算过热蒸汽状态下的水和水蒸气热力性质;若不满足2区边界条件 要求则重新输入热力参数及其组合； 步骤3-5当输入参数为压力A4与比熵S时，主程序模块调用4区反推方程子程序和1区 基本方程子程序计算压力尹4对应的饱和状态比焓A，并判断比焓&是否满足5 ;若满 则主程序模块调用1区基本方程子程序和1区反推方程子程序计算过冷水热力性 质；若不满足16?，则主程序模块调用4区反推方程子程序和2区基本方程子程序，并判断 输入参数压力与比焓#是否满足2区边界条件要求;若满足2区边界条件要求则计算过 热蒸汽状态下的水和水蒸气热力性质;若不满足2区边界条件要求则重新输入热力参数及 其组合； 步骤3-6若输入参数为热力学温度T 3与密度P时，主程序模块调用3区基本方程子程序 获得所述输入参数热力学温度T3与密度於对应的压力芦:5值，并调用妪基本方程子程序和3区基 本方程子程序边界方程判断热力学温度τ 3与压力5是否满足：623.15太:S TlS TX/?) 且Jj 〇T) SlOOAfia ;若满足，则主程序模块调用3区基本方程子程序计算处于临 界状态的水和水蒸气性质，否则重新输入热力参数及其组合。2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟仪器的水和水蒸气相态判定算法，其特征在于： 所述1区基本方程为是以压力和温度为自变量的Gibbs自由能函数，气体常数i = C.4Sl526(kj/(kgi))，无 量纲参娄1区边界条件为：273.15尤<7^ 623.15化 且A(T) SΙΟΟ?φβ，其中仏0-)是对应温度的饱和压力；5反仂思容仳为.其中，:?, < ,??硬= 11:2茨")是相关拟合参数常量。
【文档编号】G06F19/00GK106021837SQ201510963267
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2015年12月21日
【发明人】李晓光, 范辉, 安国银, 卢盛阳, 魏刚
【申请人】河北省电力建设调整试验所