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专利名称：一种水和水蒸气焓熵值的在线计算方法
一种水和水蒸气焓熵值的在线计算方法技术领域
本发明属于热力系数的计算方法，尤其涉及一种水和水蒸气焓熵值的在线计算方法。
背景技术：
水蒸气是人类在热能间接利用中应用最早的工质。蒸气距液态较近，微观粒子之间作用力大，分子本身也占据了相当的体积，而且在工作过程中往往有气液间的集态变化。 因此，蒸气不能作为理想气体来对待，它的物理性质较理想气体复杂得多，它的状态方程、 热力性能、焓和熵的计算式都不像理想气体的计算式那样简单。蒸气的工程计算一般是直接查取为工程计算编制的蒸气热力性质图表或电算调用蒸气热力性质子程序，其热力过程的计算分析也只能依据热力学基本定律和热力性质图表进行。
目前蒸气的工程计算中，涉及到水和水蒸气焓熵值的计算通常有两种方法。第一种是直接通过水和水蒸气焓熵图查询得到。焓熵图，又称图，是热工上使用较广的一种以焓为纵坐标、以熵为横坐标的水蒸气线图。该方法能够较为准确的查询水和水蒸气热力参数，但是由于其操作的限制，只能应用于进行简单的热工过程计算中。
第二种方法则是将水和水蒸气热物性计算编制成水和水蒸气热力性质计算软件。 已知饱和水、饱和蒸气、过热蒸气的1个或2个热力参数值(如压力、温度)，可立即查询焓值、熵值、比容、比热、普朗特数等参数值。运用此方法，首先需在PC机上安装水和水蒸气热物性计算软件，在使用时还需要手动输入工质的热力参数。该方法的局限性在于计算结果的准确性取决于对软件的选择，并且过程繁复，操作性差。
上述两种计算水和水蒸气焓熵值的方法，仅仅是根据已有的离线数据手动获�。� 或在计算机应用程序中通过手动输入水和水蒸气测量参数获得，而无法在线获得，从而导致无法实时获取水和水蒸气的焓熵值。在实际工业生产中，对以水和水蒸气作为工质的生产过程，诸如基于Symphony的嵌入式火电厂机组在线性能监测，离线的水和水蒸气焓熵值确定方法不能实时获得需要的热力参数，从而无法完成对整个机组的在线性能计算
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供了一种水和水蒸气焓熵值的在线计算方法，该方法可实现实时计算水和水蒸气焓熵值，此外，还具有精度高、计算耗时少、以及适用范围宽的特点。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案 一种水和水蒸气焓熵值的在线计算方法，包括以下步骤51、获取在线水和水蒸气热力参数温度�：脱沽Ζ羲袢〉脑谙咚退羝奈露圈Ｎ闶衔露龋蚪渥晃衔露龋�52、若步骤Sl所得水和水蒸气的温度Γ满足条件 273.15Γ,则执行步骤S3 ；若步骤Sl所得水和水蒸气的温度Γ满足条件 623.15Γ<Γ<863.15 Γ ,则执行步骤S4 ；若步骤Sl所得水和水蒸气的温度Γ满足条件863.15J <7 <1073.151,则执行步骤S6 ；若步骤Sl所得水和水蒸气的温度Γ满足条件 1073.15Γ <TS2273.15炙，则执行步骤 S8 ；53、根据步骤Sl所得水和水蒸气的温度Γ求取饱和线上的饱和压力/^12，比较步骤Sl 所得水和水蒸气压力广与/^口，若/^>/^12，则执行步骤S5 ；否则执行步骤S6 ；54、根据步骤Sl所得水和水蒸气的温度�：挺�23方程求出边界压力Ρ23，比较步骤Sl 所得水和水蒸气压力广与/^ ，若/^/^23，则执行步骤S7 ；否则执行步骤S6 ；55、水和水蒸气位于区域1，根据步骤Sl所得水和水蒸气温度�：脱沽及区域1公式在线计算水和水蒸气焓熵值并输出；56、水和水蒸气位于区域2，根据步骤Sl所得水和水蒸气温度�：脱沽及区域2公式在线计算水和水蒸气焓熵值并输出；57、水和水蒸气位于区域3，根据步骤Sl所得水和水蒸气温度�：兔芏裙慵扒�3公式在线计算水和水蒸气焓熵值并输出；58、水和水蒸气位于区域5，根据步骤Sl所得水和水蒸气温度�：脱沽及区域5公式在线计算水和水蒸气焓熵值并输出。
步骤Sl中水和水蒸气热力参数温度�：脱沽由传感器采集得到。
本发明方法适用的硬件平台为ABB公司的DCS产品Symphony系统，在Symphony 系统的专用控制器BRC300当中直接加载软件，实现BRC300与DCS (Distributed Control System，分布式控制系统)环网数据的通信。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和积极效果本发明方法可以实现实时计算水和水蒸气焓熵值，同时还具有精度高、计算耗时少、适用范围宽等优点。本发明方法可用于实时监测以水和水蒸气作为工质的生产过程，例如，可用于监测火电厂机组的在线性能。


图1是本发明方法的流程图。
具体实施方式
本发明方法基于水和水蒸气的工业用计算模型IAPWS-IF97公式和Symphony系统，首先通过传感器实时测量水和水蒸气的温度和压强，并根据其温度和压强的数值判断水和水蒸气所对应的区域，然后根据水和水蒸气所对应区域公式计算出水和水蒸气焓熵值，该计算结果可用于火电厂机组性能的在线监测。
本发明方法适用的硬件平台为ABB公司的DCS产品Symphony系统，在Symphony 系统的专用控制器BRC300当中直接加载软件，实现BRC300与DCS (Distributed Control System，分布式控制系统)环网数据的通信。
下面将结合附图和具体实施对本发明方法作进一步说明。
本发明所提出的一种在线计算水和水蒸气焓熵值的方法，具体步骤如下Si、获取在线水和水蒸气热力参数温度Γ和压力Λ若所获取的在线水和水蒸气的温度Γ为摄氏温度，则将其转换为开氏温度。
水和水蒸气热力参数温度�：脱沽由传感器采集得到，本具体实施中可采用WZP 一体化温度传感器和HDP503压力传感器分别采集水和水蒸气的温度Γ和压力凡采集到的温度r 一般为摄氏温度，还需要将其转换为相应的开氏温度，即在摄氏温度的数值加上 273. 5，即得到开氏温度。
S2、若步骤Sl所得水和水蒸气的温度Γ满足条件273.15Γ 623.15Γ ,则执行步骤S3 ；若步骤Sl所得水和水蒸气的温度Γ满足条件623.〗5Γ 863.15Γ ,则执行步骤S4 ；若步骤Sl所得水和水蒸气的温度Γ满足条件863.15Γ <Τ<1073.15Γ ,则执行步骤S6 ；若步骤Sl所得水和水蒸气的温度Γ满足条件1073.151 <Τ<2Ζ13Λ5Κ ,则执行步骤 S8。
S3、根据步骤Sl所得水和水蒸气的温度Γ求取饱和线上的饱和压力Λ2，比较步骤 Sl所得水和水蒸气压力P与Ρ12，若/^>/^12，则执行步骤S5 ;否则执行步骤S6。2χΠa
饱和压力Λ2的求取公式为P12 = l_B + (gi _4AxCfs ] X产, 其中，52 +W1X5 + . ，B=n-Sx32 +M4 χ51 + ， C = χ·52+ 7 + ，~ ................Γ* L — n , A 《κ)为系数，其具体取值参考IAPWS-IF97公式，IAPWS-IF97公式为国际通用工业用水和水蒸气热力性质计算公式，通过IAPWS-IF97公式可得到=Z7l= 0. 11670521452767X 104，n2= - 0. 7242 1 3 16703206 X IO6, η,= - 0. 17073846940092 XIO2, η4=0· 12020824702470XIO5,η5= - 0. 323 255503223 X IO7, η6 = 0. 14915108613530 X IO2, η7=-0. 48232657361591 X 104，η8=0. 40511340542057X IO6, η9= - 0. 23855557567849, η10= 0.65017534844798XIO3；Γ为步骤Sl所得水和水蒸气的温度；P*和f分别为压力系数和温度系数，Pi = IMPa , r = 1Γ。
S4、根据步骤Sl所得水和水蒸气的温度�：挺�23方程求出边界压力Ρ23，比较步骤 Sl所得水和水蒸气压力P与PH芜PWH则执行步骤S7 ；否则执行步骤S6。
根据公式5=i、^ = ^4+(——和TT= ^可推导出似3方程= 4)2+ ]χΡ·,根据该Β23方程求出边界压力巧3 ；其中，5和π为自定义参数，用来中间计算； Γ为步骤Sl所得水和水蒸气的温度； P*和Γ'分别为压力系数和温度系数，f ^lMPa , r = IK ；/ 3 / 5为系数，其具体取值参考IAPWS-IF97公式，通过IAPWS-IF97公式可得到 / 3=0. 10192970039326 X IO-2,/ 4 = 0. 57254459862746 X IO3, / 5=0. 139 1 88 3 9 7 7 8 8 70 X 102。
S5、水和水蒸气位于区域1，区域1即为常规水区，根据步骤Sl所得水和水蒸气温度r和压力α及区域ι公式在线计算水和水蒸气焓熵值并输出。34
区域1 公式为自由焓方程§(7^)=办7><2>;><(7.1-劝5)<&-1.222)』，_ ^“ιg(7,F)为区域1内水和水蒸气焓熵值，其中和为自定义参数，冗=‘，^=；!；; π τP* Τ*P'和尸分别为压力系数和温度系数，P* =\S.53MPa , Τ* =YmK ； r和广分别为步骤SI所得水和水蒸气的温度和压力； /P为自然指数；系数A、指数和的具体取值均参考IAPWS-IF97公式。
S6、水和水蒸气位于区域2，区域2即为过热蒸气区，根据步骤Sl所得水和水蒸气温度Γ和压力A及区域2公式在线计算水和水蒸气焓熵值并输出。
区域2公式为无因次比自由焓方程g(r,P) = i xr:</(Xr)+汽孔r), g(T，P)为区域2内水和水蒸气焓熵值，其中43/(π，τ) = ln/r+2 °爪足,表示理想气体部分的无因次比自由焓函数； ^(τγ/Γ) =x("r_0-5)J"r,为余项；ρ τ禾口为自定义参数，汗=—,τ=—；Pt和广分别为压力系数和温度系数，P* =IMR3 , r = 540Γ ； /P为自然指数；r和广分别为步骤si所得水和水蒸气的温度和压力； 系数A、指数和^的具体取值均参考IAPWS-IF97公式。
S7、水和水蒸气位于区域3，区域3即为临界水区和饱和区，根据步骤Sl所得水和水蒸气温度r和密度P、及区域3公式在线计算水和水蒸气焓熵值并输出。
区域3公式是基于(赫姆霍兹)自由能f的计算公式，该公式适用于40亚稳态气液两相区，区域3公式为/(ΑΤΚΗχΙΙ^+ΣΜΧ^ΧΤ^ΧΛΧΓ, 夂为区域ItJipX)3内水和水蒸气焓熵值，其中和为自定义参数，5= δ τP Τ*P*和Τ·分别为密度系数和温度系数，^= 322 /^3, r = 64 .096Κ ；Γ为步骤Sl所得水和水蒸气的温度；-力水和水蒸气的密度，密度由操作人员根据经验给定的一个经验值； /P为自然指数；系数A、指数和的具体取值均参考IAPWS-IF97公式。
S8、水和水蒸气位于区域5，区域5为新增高温区，根据步骤Sl所得水和水蒸气温度r和压力Α及区域5公式在线计算水和水蒸气焓熵值并输出。
区域5公式是基于(吉布斯)自由能g的计算公式，该公式适用于非离解 7K，区域5公式为= 疋T) +汽？为区域5内水和水蒸气焓熵值，其中
权利要求
1.一种水和水蒸气焓熵值的在线计算方法，其特征在于，包括以下步骤51、获取在线水和水蒸气热力参数温度�：脱沽Ζ羲袢〉脑谙咚退羝奈露圈Ｎ闶衔露龋蚪渥晃衔露龋�52、若步骤Sl所得水和水蒸气的温度Γ满足条件 2 3Λ5Κ <Τ< Β23Λ5Κ ,则执行步骤S3 ；若步骤Sl所得水和水蒸气的温度Γ满足条件 623Λ5Γ <7^863.151 ,则执行步骤S4 ；若步骤Sl所得水和水蒸气的温度Γ满足条件 863.15Γ <Γ<1073.15Γ ,则执行步骤S6 ；若步骤Sl所得水和水蒸气的温度Γ满足条件 1073.1<Γ<2273.15Κ，则执行步骤 S8 ；53、根据步骤Sl所得水和水蒸气的温度Γ求取饱和线上的饱和压力/^12，比较步骤Sl 所得水和水蒸气压力广与/^口，若/^>/^12，则执行步骤S5 ；否则执行步骤S6 ；54、根据步骤Sl所得水和水蒸气的温度�：挺�23方程求出边界压力Ρ23，比较步骤Sl 所得水和水蒸气压力广与/^ ，若/^/^23，则执行步骤S7 ；否则执行步骤S6 ；55、水和水蒸气位于区域1，根据步骤Sl所得水和水蒸气温度�：脱沽及区域1公式在线计算水和水蒸气焓熵值并输出；56、水和水蒸气位于区域2，根据步骤Sl所得水和水蒸气温度�：脱沽及区域2公式在线计算水和水蒸气焓熵值并输出；57、水和水蒸气位于区域3，根据步骤Sl所得水和水蒸气温度�：兔芏裙恪⒓扒�3公式在线计算水和水蒸气焓熵值并输出；58、水和水蒸气位于区域5，根据步骤Sl所得水和水蒸气温度�：脱沽及区域5公式在线计算水和水蒸气焓熵值并输出。
2.根据权利要求1所述的水和水蒸气焓熵值的在线计算方法，其特征在于步骤Sl中水和水蒸气热力参数温度�：脱沽由传感器采集得到。
全文摘要
本发明公开了一种水和水蒸气焓熵值的在线计算方法，方法基于水和水蒸气的工业用计算模型IAPWS-IF97公式和Symphony系统，首先通过传感器实时测量水和水蒸气的温度和压强，并根据其温度和压强的数值判断水和水蒸气所对应的区域，然后根据水和水蒸气所对应区域公式计算出水和水蒸气焓熵值。本发明方法可以实现实时计算水和水蒸气焓熵值，同时还具有精度高、计算耗时少、适用范围宽等优点。本发明方法可用于实时监测以水和水蒸气作为工质的生产过程。
文档编号G01N25/00GK102495094SQ20111042562
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月19日 优先权日2011年12月19日
发明者方彦军, 李昕, 韩玲 申请人:武汉大学