基于VC的蒸汽動(dòng)力熱力學(xué)參數(shù)計(jì)算軟件

文/雷陽(yáng)

對(duì)水和水蒸汽熱力性質(zhì)工業(yè)公式《IAWPS-IF97》進(jìn)行深入的研究，開(kāi)發(fā)了一套水和水蒸汽動(dòng)力熱力學(xué)參數(shù)計(jì)算軟件，計(jì)算未飽和水、飽和蒸汽和過(guò)熱蒸汽等五個(gè)區(qū)域的飽和溫度、飽和壓力、比熵、比焓、定壓比熱容、定容比熱容等相關(guān)熱力學(xué)參數(shù)。國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)中有見(jiàn)對(duì)氣體進(jìn)行動(dòng)力學(xué)參數(shù)或熱力學(xué)參數(shù)計(jì)算方法的研究，如雷志衡等介紹了天然氣和水蒸氣的熱力學(xué)參數(shù)計(jì)算方法，但未對(duì)其計(jì)算系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

1 蒸汽熱力動(dòng)力學(xué)模型

水和水蒸汽性質(zhì)國(guó)際聯(lián)合會(huì)的《IAWPSIF97》根據(jù)溫度和壓力劃分5個(gè)區(qū)域，區(qū)域1～5分別對(duì)應(yīng)過(guò)冷水區(qū)、過(guò)熱蒸汽區(qū)、臨界水區(qū)、飽和曲線(xiàn)區(qū)和高溫區(qū)。

區(qū)域1基本方程：

區(qū)域2基本方程：

ni、Ii和 Ji為系數(shù)。

區(qū)域3基本方程：

圖1：軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

區(qū)域4基本方程：

其中，

ps表示飽和壓力，Ts表示飽和溫度，p*=1MPa，T*=1K。

區(qū)域5基本方程：

ni、Ii和 Ji為系數(shù)。

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 軟件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

基于VS 2010的VC++軟件平臺(tái)，采用面對(duì)對(duì)象的方法設(shè)計(jì)蒸汽熱力動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算程序，并加入干空氣、濕空氣和天然氣計(jì)算軟件，利用類(lèi)封裝整個(gè)求解過(guò)程中所要實(shí)現(xiàn)的各子功能模塊，然后對(duì)軟件進(jìn)行集成。這種設(shè)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)在于，整個(gè)求解算法的結(jié)構(gòu)清晰明了，便于程序的調(diào)試，并且利用類(lèi)的繼承和重載特性使得程序易于擴(kuò)展。

圖2：蒸汽參數(shù)計(jì)算流程圖

整個(gè)軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。整個(gè)軟件系統(tǒng)分為五個(gè)組成部分，蒸汽、干空氣、濕空氣和天然氣熱力動(dòng)力學(xué)參數(shù)的計(jì)算模塊以及通用數(shù)值算法模塊。其中每個(gè)參數(shù)計(jì)算模塊又包括界面類(lèi)和算法類(lèi)兩個(gè)類(lèi)，使得軟件界面與算法分離，程序編寫(xiě)更加清晰，易于擴(kuò)展。以蒸汽參數(shù)計(jì)算模塊為例，包括蒸汽界面類(lèi)CDlgWAS和算法類(lèi)CWASCalc，其中界面類(lèi)除了基本的參數(shù)計(jì)算界面，還包括焓熵圖的界面類(lèi)CDlgHSFig。

通用數(shù)值算法模塊包括基本的數(shù)值算法實(shí)現(xiàn)，供其他參數(shù)計(jì)算模塊調(diào)用。如求解非線(xiàn)性方程的牛頓迭代法類(lèi)CNewTon和歸一化類(lèi)CNormal。

2.2 蒸汽軟件模塊

蒸汽軟件模塊的計(jì)算流程圖如圖2所示。