水和水蒸汽热力性质IAPWS-IF97公式其通用计算模型

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1、水和水蒸汽热力性质IAPWS-IF97公式其通用计算模型祁海涛，胡念苏，陈波(武汉大学动力与机械工程学院，湖北省武汉市430072)摘要：通过IFC-67公式和IAPWS-IF97公式的对比，介绍了IAPWS-IF97公式的新特点，并依据IAPWS-IF97公式，提出了水和水蒸汽热力性质的通用计算模型。同时，介绍了在此计算模型的基础上作者编制的水和水蒸汽热力性质计算软件。主题词：水和水蒸汽；热力性质；IAPWS-IF97公式；计算模型分类号：TK247TK284.1文献标识码：A0前言水和水蒸汽作为一种常规工质，在动力系统中得到广泛的应用。第六届国际水

2、蒸汽性质会议成立的国际公式化委员会IFC(InternationalFormulationCommittee)制定了用于计算水和水蒸汽热力性质的IFC公式，并在此基础上不断制定新的计算公式，为大家所熟悉的就是“工业用1967年IFC公式”（简称IFC-67公式），IFC-67公式在较长一段时间内得到了广泛的应用。但是，随着工程技术以及科学研究水平的不断提高，对水和水蒸汽热力性质计算精度和速度要求不断提高，IFC-67公式存在的诸如计算精度低、计算迭代时间长、适用范围窄的缺陷也就越来越明显起来。因此，在1997年德国Erlangen召开的水和水蒸汽性质国

3、际联合会（IAPWS）通过并发表了由德、俄、英、加等7国12位科学家组成的联合研究小组提出的一个全新的水和水蒸汽计算模型，即IAPWS-IF97公式。目前，我国电力工业与国际上有密切的联系，随着我国进口机组的增多以及国产机组的部分出口，尽快使用新的水和水蒸汽热力性质计算标准显的特别重要。同时，自1999年1月1日后，水和水蒸汽性质国际联合会（IAPWS）要求在商业合同中采用新型的水和水蒸汽热力性质IAPWS-IF97公式。因此，我们应该尽快了解并推广使用IAPWS-IF97公式。本文在介绍IAPWS-IF97公式的同时也介绍了作者基于IAPWS-IF9

4、7公式编制的软件的一些特点。1关于IAPWS-IF97公式1.1概述IAPWS-IF97公式作为最新的并且得到国际承认的水和水蒸汽热力性质计算公式，有很多对实际工程设计和研究很有意义的优点。它的适用范围更为广泛，在IFC67公式适用范围基础上增加了在研究和生产中渐渐用到的低压高温区。IAPWS-IF97适用范围：273.15K≤T≤2273.15K，p≤100Mpa。而且在原有的水和水蒸汽参数基础上又增加了一个重要参数：声速。IAPWS-IF97公式将其有效范围分成5个区（如图1所示）。1区为常规水区；2区为过热蒸汽区；3区为临界区；4区为饱和线，即为

5、湿蒸汽区；5区为低压高温区。图1IAPWS-IF97公式的分区在水和水蒸汽热力性质参数计算中，通常要选定一个参数为零的计算参照点，其它点参数以此为基础进行计算。在IAPWS-IF97公式中，选用水的三相态时饱和水为基准点。所谓三相态是指纯水的冰、水和汽的三相共存的状态，规定在三相态时饱和水的内能和熵为零，具体参数如下：在水和水蒸汽的性质计算中有个很重要的状态判断，即临界状态的判断。在IAPWS-IF97公式中对于临界点性质有具体的规定：1.2IAPWS-IF97公式的数学特性如表1所示，IAPWS-IF97公式的计算精度比IFC67公式要高的多,这对实

6、际工程计算和科学研究有更为准确的指导意义。表1IAPWS-IF97公式与IFC67公式的部分参数比较输入参数输出参数公式类别t=350℃P=20MPat=550℃P=20MPat=200℃P=1MPat=300℃P=1MPa（m3/kg）IFC670.0016620.016550.20590.2580IAPWS-IF970.00166490.0165710.206000.25798（kJ/kg）IFC671647.07963394.08792826.79853052.1549IAPWS-IF971645.951053396.241172828.2675

7、33051.70319（kJ/kg）IFC673.73086.37746.69227.1252IAPWS-IF973.728846.338996.695497.12471（kJ/kg）IFC671613.74333063.04142620.82572794.1112IAPWS-IF971612.653723395.909762828.061533051.44521（kJ/kgC）IFC678.11712.91822.44642.1450IAPWS-IF978.106182.955192.428852.14083从上表以及已经进行的大量计算表明，IAPW

8、S-IF97公式性质参数输出的精度平均是IFC67公式的7.5、18、7.5、18、12、12