一组性能优良的水和水蒸汽高精度特性公式.pdf

第 23卷 第 6期 2003年 12月 动 力 工 程 POW ER ENGINEERING VoI．23 No．6 Dec． 2003 · 汽轮机 技术 · 文章 编号 ：1000—6761(2003)06—2777—04 一 组性能优 良的水和水蒸汽高精度特性公式 蒋寻寒 ， 曹祖庆 (1．安徽 电力试 验研 究所 ，合 肥 230022；2．东南大学 ，南京 210018) 摘 要 ：开发了一个稳定高效的非线性最小二乘程序，它根据 1985年水和水蒸气骨架表，拟合了9个基本的 水和 水蒸 气特性 公 式 ，精度 高 ，加 上 导 出的公 式 ，可 以代 替新 的 IAPWS—IF97公 式和应 淘 汰的 IFC一67公 式 ，满 足 各 种 汽轮 机 的 高精 度 热 力计 算 的 需要 。 由于这 些公 式 形 式很 简单 ，计 算量极 小 ，因此 易于编 程 、使 用 ，在 汽 轮机在线监测等需要 高精度 、高效率计算的领域有明显优势。表 1参 12 关键词 ：汽轮机 ；水 ；水蒸 气 ；数学模 型 ；最tb~-乘法 中图分 类号 ：TK 211 文献标识 码 ：A 在 1985年新 的水 和水蒸汽骨架表颁布 ，1998 年 IAPWS—IF97公 式 颁 布 以后 ，以 1963年 骨 架 表 为基础 的水 和水蒸 气 IFC一67公 式和性 质表 就 都应 当报废 了。尽管 IFC一67公式不能满 足新骨 架 表允差 的要求 ，形式又极 为复杂 ，需要分 区并使 用 双精 度计算 ，而且经 常需要 迭代 ，计算 量很 大 ，但 至今 国 内各 汽轮机 制造 厂 、科 研 院所 以及 高等 院 校都还在广泛使用 。IAPWS—IF97公 式有所简化 ， 适用范 围增大 ，但依然复杂 ，第三 区的计算无法 直 接 进 行 ，必须 先 由一 个 复 杂 的 迭代 过 程 求 得 密 度l1 ，比较 困难 。 由于推 出时 间短 ，IAPWS—IF97 公式 国内应用甚少 。为提高工作效率 ，方便编程 ， 汽轮 机 热力 计算 需 要水 和 水 蒸汽 特性 的简 单模 型 。国内外 不少科技人员 由于工 程实践 的需要 ，自 己摸索 了一些简单的公式，如参考文献[6、8、9]， 除了继续沿用 1963年骨架表或 IFC一67作 为比较 基 准外 ，其应 用区域都较小 ，汽轮机过热蒸汽和再 热蒸汽焓 的计算就可能需要 用不同 的公式 ，使用 、 编程都不方便 。 我们在 1990年得 到 了 1套水 和水蒸气 公式 ， 参考文献[1]中大量使用了这些方程。其中绝大部 分是 简单的显式公式 ，因此一般不需要迭代 ，特别 是 无须分 区计算 (这是简 单 的表述 ，下 同 ，准 确地 收稿 日期 ：2002 08—21 作者简介：蒋寻寒(1964一)，男 ，工程硕士，高级工程师，目前 在 安徽 电力 试 验研 究所 从 事 火 电站 汽 轮 机 的性 能 试 验 、诊 断、节能和运行特性等方面的研究工作。 说是 使用 自然分 区)，无须 使用 双精度 ，计算 量 和 占用 的存储量很 小 。因此 ，在热力试验 中 ，特别在 汽轮机性能在线监测 中 ，需要较快 的计算 时 ，这类 公式有很大 的意义 。其中个 别公式 的精度 已经达 到新骨架表 的允差要求 ，但整体看 ，公式 的质量参 差不齐 ，需 要根据新的骨架表重新进行拟合 ，至少 达到 IFC一67的精度水平 ，以满足高标准 的汽轮机 考核试验和热力计算 的要求 。 l 拟合公式 的内容 整套公式一共包含 23个 函数 ，含盖 了水和水 蒸汽 热 力 计算 的 主要 内容 ，包 括 温 度 、压 力 、焓 、 熵 、比容 ，仅粘度 、比热的 内容没有包括 。由于这个 良好 的基础 ，根 据 新 的骨 架表 中间值 (参 考文 献 [3])，笔者于 1993年拟合其中的 9个基本的特性 公 式 ，以便代替 1967年的 IFC公式 ，实 现汽轮 机 热力 特性 计算 的 自动化 、高精度和高效率 。 因为骨 架表带 有允 差 ，因此使用 拟合公 式 而 不是 用插 值公 式 。另外 ，用插值公式需要储存骨 架 表 ，占用很 多的计算 机资 源 ，而拟合公 式 的使 用 、 编程要 方便得 多 ，缺点 在于 ，通常精度要 比插值公 式差一些 。 所有公式 全部采用 国际单位制 。 符 号和单 位 ： 温 度 ：t，。C；绝 对 温 度 ：丁，K；压 强 ：P，MPa： 焓 ：h，kJ／kg；熵 ： ，kJ／kg·。C；比容 ： ，m。／kg；干 度：z，％；待估计的常量系数， (不同公式 中含义 维普资讯 动 力 工 程 第 23卷 和数值不 同