蒸汽轮机透平模拟的热力学方法选择

自己在做一个电厂简单的朗肯循环，然后对照水蒸汽的焓熵图验证流程中膨胀机输出功率的计算正确性。这里的主要问题是热力学方法选择问题，参考了这个帖子
http://www.hgbbs.net.cn/viewthread.php?tid=86223&highlight=%2B%C8%C8%C1%A6%D1%A7%B7%BD%B7%A8%2B
但是还是得不到满意结果，关键问题就是出在蒸汽透平的这个等熵过程，膨胀机出口温度和我从焓熵图上取得的值差别很大。
条件：透平前高压蒸汽 温度 540 C，压力14MPa，查得焓值 3430 kj/kg 透平为一个等熵过程
          透平后低压蒸汽  压力1.2MPa，温度由焓熵图得到，约为190 C，可能还有微量水析出，焓值约为2680 kj/kg
自己在流程中热力学方法调来调去，总算结果有个比较接近了，见附件（另外还有一张焓熵图供大家参考）。但是一般电厂透平出口接近于5kpa，其饱和温度32.88C左右，在这个压力算自己所选得热力学方法根本就不对。据上贴SRK中有选steam，不知道在什么地方。
        有做过电厂模拟的朋友出来指导一下。
无法上传模拟文件，晕。

[ 本帖最后由 robinhan 于 2008-8-5 14:30 编辑 ]

差不多问题解决了，若光是选择系统默认的很多热力学方法都不对，要么高压段温度不对，要么低压段温度不对，选Lee-kester-plocker，低压段对，但是背压高了1.2MPa饱和温度算成了392C，晕死。很多热力学方法算出来等熵膨胀，1.2MPa蒸汽饱和温度为390多度。现在采用的方法是NRTL，但是焓熵计算，全部采用Lee-kester关联式修正，得到与焓熵图接近的结果。另外SRK中的steam我自己没找到，谁知道在哪里？

[ 本帖最后由 robinhan 于 2008-8-5 14:48 编辑 ]

ASPEN中选择STEAM-TA或STEAM-NBS方法, 为专门的水蒸汽表, 很好地, 其它方法只能算饱和状态.

PROII中, SRK方法打开Modify/water option, 将水的计算选项由饱和水计算改为水蒸汽表.

ASPEN的计算久经考验了, PROII的修改可以试试,应该还可以.

水的计算很特殊, 除了经验式的蒸汽表, 目前还没好方法, 但一般的关联公式仅限饱和态, 特别注意.

老弟计算前先和手册的图表对, 原始但最可靠. 记得好象ASPEN中一个NH3的物性也有问题.

不建议作过多的热力学方法组合, 除非您事先全面考证过其可靠性, 否则很可能有凑数的嫌疑, 一但外推可靠性就有问题了.

[ 本帖最后由 lejeune 于 2008-8-5 17:28 编辑 ]

谢谢楼上的朋友，试了一下，结果比较和合理，和我之前修正后的NRTL计算结果非常接近。是不是可以换句话，该修正后的方法可以拟合水蒸气表？

原帖由 lejeune 于 2008-8-5 17:23 发表
ASPEN中选择STEAM-TA或STEAM-NBS方法, 为专门的水蒸汽表, 很好地, 其它方法只能算饱和状态.

PROII中, SRK方法打开Modify/water option, 将水的计算选项由饱和水计算改为水蒸汽表.

ASPEN的计算久经考验了, PROI ...

的确是这样，组合有比较大的风险。主要是自己没找到蒸汽表的设置不得已而为之，所以保险起见自己试了多个条件，并手工在水蒸气焓熵图值进行了充分验证，结果是可靠的。大家有兴趣的话，设置一下并和经验蒸汽表对照结果试试看。

[ 本帖最后由 robinhan 于 2008-8-5 17:36 编辑 ]

原帖由 robinhan 于 2008-8-5 17:31 发表
谢谢楼上的朋友，试了一下，结果比较和合理，和我之前修正后的NRTL计算结果非常接近。是不是可以换句话，该修正后的方法可以拟合水蒸气表？

逻辑可能不对.

标准的水蒸汽表涵概的区域很大的, 有一些很奇怪的曲线,您老有空看看图就清楚了.

我不认为经验公式能覆盖所有区域,  当然我也没考证过, 所以至少在您探索以前未接触的区域前,  还是用蒸汽表, 最好再对对手册.

再给您个建议: 凡是有水参加的平衡计算您都要多加注意, 常出怪事呦.

这样的,基本上上传焓熵图绝大部分范围内的数据都手工验证过，都很接近。当然现在找到能够直接设置引用蒸汽表的方法，保险起见会选择蒸汽表。不过自己还有有兴趣用多种方法进行了试算，还没有发现相差大的地方，至少是在自己要考察的透平和背压范围内。

[ 本帖最后由 robinhan 于 2008-8-5 20:11 编辑 ]

楼主:
       1)对于水蒸气系统,最准确的热力学方法是Steam95.
       2)我仔细研究了楼主的问题,并采用流程模拟软件VMGSim对楼主的系统进行等熵膨胀模拟,无论出口压力是1,2MPa,还是5KPa计算结果有楼主的经验都非常接近,附件是详细的计算结果,供大家参考!

我采用二楼和三楼的方法，分别进行了计算，虽然可以算出一楼的要求结果，但是不是等熵过程。请大虾指教。

那是因为你看错了，数据表里并没有熵的数据，最后的report里才有，请看这才是膨胀机的操作结果
OPERATING CONDITIONS

                                    INLET   ISENTROPIC       OUTLET
                              -----------  -----------  -----------
  TEMPERATURE, C                   540.00        32.87        32.87
  PRESSURE, KPA                  14000.00         5.00         5.00
  ENTHALPY, M*KJ/HR  （焓）  0.0619       0.0360       0.0360
ENTROPY, KJ/KG-MOL-C （熵） 201.7557     201.7557     201.7557
  MOLE PERCENT VAPOR             100.0000      77.2874      77.2874
  MOLE PERCENT LIQUID              0.0000      22.7126      22.7126
  MOLE PERCENT MW SOLID            0.0000       0.0000       0.0000
  WEIGHT PERCENT TOTAL SOLID       0.0000       0.0000       0.0000
  ACT VAP RATE, M3/SEC             0.0001
  ADIABATIC EFF, PERCENT                                     100.00
  WORK, KW
          THEORETICAL                                          7.19
          ACTUAL                                               7.19
膨胀机本来就是一个绝热膨胀的等熵单元操作

[ 本帖最后由 robinhan 于 2008-8-6 09:37 编辑 ]

试算下，SRK的两个不同的水蒸气表修正式，得到的熵值竟然相差几乎一倍（一个是117左右，另一个是201左右）！！哪个是正确的？
经过与经验图对照，很明显，IAPWS-IF97这个蒸气图表修正得到的熵值（201.7kj/kmol-C）是错误的。。。

[ 本帖最后由 kaitian007 于 2008-8-6 10:46 编辑 ]

熵值不同我也注意到了，不知道这两个水蒸气表有什么不同。还是熵的选择基准不同，但是好像最后对于最后的焓和功的计算没什么影响。

查了PRO/II自带文档，没找到这两个蒸汽表的相关说明，下面是google出来的
Q: What are the different formulations for the thermodynamic properties of water and steam?
A: The formulations generally used to obtain the thermodynamic properties of water and steam are:

The IAPWS Formulation for General and Scientific Use (IAPWS-95)
This is the formulation approved by the International Association of the Properties of Water and Steam (IAPWS) in 1995 for general and scientific use. This formulation provides the most accurate representation of the thermodynamic properties of water an steam over a wide range of temperature and pressure.
The IAPWS Formulation for Industrial Use (IAPWS-IF97)
This is the IAPWS approved formulation of industrial and special use. The industrial formulation is based on an approximation of the scientific formulation and is generally used in situations where computational speed is of importance. The IAPWS-IF97 formulation is recommended by the IAPWS be used as the basis for contracts beginning January 1, 1999, with respect to performance test calculations for those machinery and systems using steam . The IAPWS-IF97 replaces the previous IFC-67.
The NBS/NRC Formulation (NBS/NRC-84)
This is the previous standard formulation approved for scientific and general use by the IAPWS in 1984. The work was done by members of the National Bureau of Standards and the National Research Council of Canada.
The Industrial Formulation of 1967 (IFC-67)
This, older, but widely accepted, formulation is based on the 1967 IFC formulation for industrial use. This formulation is also the basis of the ASME Steam Tables, 6th Edition.
Keenan and Keyes (1969)
Probably the most widely known and used Steam Tables authored by J. H. Keenan, F. G. Keyes, P. G. Hill, and J. G. Moore.
看来还不止这两种蒸汽表，我上传的那个熵焓图也不知道是从哪个蒸汽表的数据画出来的，晕。不过看年代是64年的数据，比keenan and Keyes还要早。

[ 本帖最后由 robinhan 于 2008-8-6 12:15 编辑 ]

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水和蒸汽的性质
作　　者：（德）W.瓦格纳，A.克鲁泽 著，项红卫 译
丛　　书：
出 版 社：科学出版社
出版时间：2003年03月
字　　数：397000
版　　次：1
页　　数：285
印刷时间：2003/03/01
开　　本：
印　　次：
纸　　张：胶版纸
I S B N ：9787030098658
包　　装：平装

定价:￥48.00元   会员价:￥36.00元   折扣：75折  节省：￥12.00





内容简介
本书是水和蒸汽性质国际协会公式化委员会主席W.瓦格纳教授及其合作A.克鲁泽博士1998年所著的同名书的中译本．本书给出了水和蒸汽性质国际协会1997年公布的IAPWS-IF97热力学性质的新标准和粘度、导热系数、表面张力、介电常数及折射率等各性质的最新方程和数据。水和蒸汽热力学性质IAPWS-IF97显著提高了热力学性质的精度和计算机运行速度，取代了自20世纪60年代后期以来形成电厂计算等工业应用的IFC-67公式及由期米特和格里古尔编辑的《国际单位制的水和蒸汽性质》一书及其译本。这要求使用者，尤其是锅炉和透平生产商、电力公司及相应的工程部门，必须采用新标准以修正工业应用中的IFC-67作为标准设计程序和参考数据。


目录符号表
第一部分 水和蒸汽热物理性质的计算方程
1 导言
2 叁考常数
3 水和蒸汽的热力学性质的工业公式IAPWS-IF97
3.1 IAPWS-IF97的特点
3.2 区城1的方程
3.3 区域2的方程
3.4 区域3的基本方程
3.5 区域4的方程
3.6 区域5的基本方程
3.7 IAPWS-IF97的不确定性
4 迁移性质及其他性质方程
4.1 动力粘度
4.2 导热系数
4.3 表面张力
4.4 介电常数
4.5 折射率
参考文献
第二部分 水和蒸汽的性质表
1 饱和态（温度表）
2 饱和态（压力表）
3 理想气体态
4 单相区（IAPWS-IF97的1~3区）
5 高温区（IAPWS-lF97的5区）
6 饱和态:运动粘度、普朗特数、介电常数和表面张力
7 运动粘度
8 普朗特数
9 介电常数
10 折射率（含饱和态）
谁把这本书传上来参考参考

由于看不到lz的模拟文件，但读你的描述，我还真没有搞清楚你的问题究竟是什么？
从你的表中可以查到蒸汽熵值为6.52左右（540C, 14MPa abs）。
而你的计算结果，1.2MPa 190C的熵值也为6.5左右，如果是完全的等熵过程，结果并没有错啊？
而电厂实际的出口压力为5kpa, 在此压力下，根据你的图表，如果仍为蒸汽，则其最小的熵值也要达到8.4，对应的温度大约在30度左右。另，steamtab软件算出在0.05bar的饱和蒸汽温度32.8度，对应的熵值为8.4。和图表结果基本一致。
那么只能有一个解释，电厂实际的膨胀过程非等熵过程，因为熵值从6.5增加到了8.4。

参见附图。

麻烦lz把你的问题在写清楚一下。

[ 本帖最后由 csldg 于 2008-8-6 16:55 编辑 ]