CN114492055A

CN114492055A - 一种面向核动力装置管网仿真应用的可相变工质物性快速计算方法

Info

Publication number: CN114492055A
Application number: CN202210111477.1A
Authority: CN
Inventors: 孙觊琳; 张博文; 于雷; 彭敏俊; 成守宇; 薛若军; 夏庚磊; 王晨阳
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2022-01-26
Filing date: 2022-01-26
Publication date: 2022-05-13
Anticipated expiration: 2042-01-26
Also published as: CN114492055B

Abstract

本发明涉及的是一种可相变的物性计算方法，具体地说是一种面向核动力装置管网仿真应用的可相变工质物性快速计算方法。具体包括：选择的工质物性按压力——温度坐标，分为过冷、饱和、过热、超临界4个区间；饱和参数区间采用温度或压力为自变量，以线性插值方法求取压力或温度、比容、比焓、比熵、定压比热；根据输入参数，自动进行分区；过冷区间能够根据压力、比焓，以计算的方式求取温度。发明中的方法即保证了插值结果与实际值误差很小的要求，又不需要迭代、不需要从头遍历插值基点，计算量大幅度减少，在保证精度的同时提高了计算速度，满足核动力装置管网模型实时仿真，甚至超实时仿真的计算需求。

Description

一种面向核动力装置管网仿真应用的可相变工质物性快速计算方法

技术领域

本发明涉及的是一种可相变的物性计算方法，具体地说是一种面向核动力装置管网仿真应用、能够快速计算、修改方便的工质物性的计算方法。

背景技术

核动力装置实时管网仿真计算中，需要大量的调用水和水蒸汽计算程序。基于IAPWS-IF97标准的水和水蒸气物性参数计算方法，计算范围广、计算精度高，但其计算基于吉布斯自由能的多次迭代，计算量大、消耗资源多，勉强能够进行实时计算，无法达到超实时状态。

随着仿真工作在核动力装置设计中的深入，核动力装置的管网设计已经由单一的水工质，增加到多种有机物进行有机朗肯循环，满足深海、太空空间对能量的需求。当前的管网物性计算方法，仅能分析水与水蒸汽；改变工质种类时，需要改变模型的算法；计算不能兼顾高精度和计算速度；不具有模块化特点，物性计算与管网计算混为一体，难以修改。这些缺点，都导致当前管网的物性计算模型越来越难以胜任目前及未来的核动力装置的仿真工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面向核动力装置管网仿真应用的可相变工质物性快速计算方法，具体的说，是面向核动力装置仿真模型中的实时管网模型应用，能够快速更换工质、兼顾计算量与计算精度、模块化的物性计算方法。

本发明的目的是这样实现的：

(1)选择的工质物性按压力——温度坐标，分为过冷、饱和、过热、超临界4个区间；

(2)饱和参数区间采用温度或压力为自变量，以线性插值方法求取压力或温度、比容、比焓、比熵、定压比热；

(3)根据输入参数，自动进行分区；

(4)过冷区间能够根据压力、比焓，以计算的方式求取温度；

(5)过热区间能够根据压力、比焓，以计算的方式求取温度；

(6)超临界区间以压力和比焓为自变量，通过线性插值的方式计算温度；

(7)过冷、过热、超临界区能够根据压力、温度，以线性插值的方式计算比容、比焓、比熵、定压比热；

(8)向主程序反馈查询结果。

本发明还可以包括：

1、选择的工质物性按压力——温度坐标，分为过冷、饱和、过热、超临界4个区间：

a.针对核动力装置管网模型的应用需要，工质须是纯净物，具有固、液、汽三个相态，在指定压力下，具有恒定的沸点，具有压力、温度明确的三相点和临界点，化学性质稳定，满足这些条件的工质，才能够应用本发明的计算方法；

b.本发明划分的过冷区间为：工质处于过冷状态，温度低于对应压力下的饱和温度；当压力大于临界压力后，温度低于临界温度；

b.本发明划分的饱和区间为：工质处于饱和状态，温度等于对应压力下的饱和温度，可能存在纯液相(饱和液)、纯气相(干饱和)和汽液共存相(湿饱和)三种状态；

c.本发明划分的过热区间为：工质处于过热状态，压力小于临界压力，但温度大于对应压力下的饱和温度；

d.本发明划分的超临界区间为：工质在此区间内，压力、温度均大于临界点压力、温度；

2、饱和参数区间采用温度或压力为自变量，以线性插值方法求取压力或温度、比容、比焓、比熵、定压比热：

a.以三相点温度至临界点温度范围内，进行n-1等分，存储于一个变量数组T(n)中；

b.以上述温度点为参数，查询相关参数数据库，获得对应温度下的饱和压力、饱和气相比容、饱和气相比焓、饱和气相比熵、饱和气相定压比热、饱和液相比容、饱和液相比容、饱和液相比熵、饱和液相定压比热，分别存储于变量数组P(n)、VGn)、HG(n)、SG(n)、CPG(n)、VL(n)、GL(n)、SL(n)、CPL(n)中；

c.当需要根据温度求取饱和物性时，以T(n)为自变量，其余参数为因变量作线性插值；

d.当需要根据压力求取饱和物性时，以P(n)为自变量，其余参数为因变量作线性插值。

e.本步骤中的一维线性插值的方法如下：将插值基点的数据，每m个数据为1组，划分为多组；当需要查询时，首先根据查询量和每组的区间寻找组，找到组后，从组中间开始，以成员组二分的方式继续在内寻找。

3、根据输入参数，自动进行分区：

a.当输入参数为1个时，仅有饱和参数计算满足一个自变量的要求，自动进入饱和区间，返回第2步骤进行计算；

b.当输入压力和比焓时，首先判断临界状态，如压力大于临界压力、比焓大于临界比焓时，处于超临界区间，进入第6步骤进行计算；其次按第2步骤的方式计算对应的饱和液比焓、饱和汽比焓，当输入比焓大于饱和汽比焓时，处于过热区间，进入第5步骤进行计算；当输入比焓小于饱和液比焓时，处于过冷区间，进入第4步骤进行计算；当输入比焓处于汽液比焓之间时，处于饱和区间，返回第2步骤进行计算；

c.当输入压力和温度时，首先判断压力，如压力大于临界压力、温度大于临界温度时，处于超临界区间，进入第6步骤进行计算；其次第2步骤的方式计算对应的饱和温度，当输入温度大于饱和温度时，处于过热区间，进入第5步骤进行计算；当输入温度小于饱和温度焓时，处于过冷区间，进入第4步骤进行计算；当输入温度与饱和温度相等时，处于饱和区间，返回第2步骤进行计算。

4、过冷区间能够根据压力、比焓，以计算的方式求取温度：

a.根据第2步骤中的方法，计算给定压力下的饱和液比焓、定压比热、温度，如超过临界压力取临界值；.

b.计算饱和液比焓与给定液比焓的焓差，并除以饱和液定压比热，得到初步过冷度；

c.饱和温度与初步过冷度的差值为初步温度，利用第2步骤中的方法，计算初步温度下的饱和液定压比热；

d.根据b项中的焓差，除以c项中的定压比热，得到最终过冷度；

e.利用饱和温度减去最终过冷度，得到实际温度输出；

5、过热区间能够根据压力、比焓，以计算的方式求取温度：

a.以HG(n)数组中的n个元素为基础，以每个饱和汽焓值的103％、107％、115％、130％，组成HG1(n)、HG2(n)、HG3(n)、HG4(n)四个过热焓值数组；以过热焓值与饱和焓值HG(n)做差，得到四个焓差数组DH1(n)、DH2(n)、DH3(n)、DH4(n)；

b.以压力P(n)、过热焓值HG1(n)为自变量，查询相关参数数据库，得到过热温度TG1(n)；类似地，以过热焓值HG2(n)、HG3(n)、HG4(n)查询得到过热温度TG2(n)、TG3(n)、TG4(n)；将上述过热温度与饱和温度T(n)做差，得到四个温差数组DT1(n)、DT2(n)、DT3(n)、DT4(n)；

c.以同一压力下的四个焓差为自变量，四个温差为因变量，截距为0，进行四次拟合，拟合系数自四次项至一次项依次存储为SHC1(n)、SHC2(n)、SHC3(n)、SHC4(n)；

d.当需要以压力、焓值计算过热汽温度时，首先利用压力P，利用第2步骤确定HG、T，进一步根据给定焓值确定焓差；进而以P为自变量进行线性插值，确定SHC1、SHC2、SHC3、SHC4，插值方式与第2步骤相同；

e.根据四次拟合方程计算温差，并根据上一项确定的饱和温度，获得最终的过热温度。

6、超临界区间以压力和比焓为自变量，通过线性插值的方式计算温度：

a.将P(n)向临界压力P_cr的方向，以(P_cr-P_tr)/(n-1)为步长，扩展n个点，组成P(2n)；

b.将T(n)向临界温度T_cr的方向，以(T_cr-T_tr)/(n-1)为步长，扩展n个点，组成T(2n)，根据物性参数库查询点[P(2n)、T(2n)]下的焓值Hend，将Hend-Hcr进行n-1等分，存储在HCR(n)中；

c.以压力P(a)(2n≥a>n)、焓值HCR(b)(n≥b>0)为自变量，查询相关参数数据库，确定超临界温度，存储为TC0(n,n)；

d.本步骤中的二维线性插值的方法如下：将压力方向插值基点，每m个数据为1组，划分为多组；焓值方向的插值基点，每m个数据为一组，形成若干个m*m的数据块。查询时，先根据压力和每组压力的区间边界寻找组所在的列，找到这一列后，根据焓值和区间边界找到所在的数据块；在数据块内部以二分的方式，首先对压力方向进行插值，进而对焓值方向进行插值，最终确定温度。

7、过冷、过热、超临界区能够根据压力、温度，以线性插值的方式计算比容、比焓、比熵、定压比热：

a.将P(n)向临界压力P_cr的方向，以(P_cr-P_tr)/(n-1)为步长，扩展n个点，组成P(2n)；将T(n)向临界温度T_cr的方向，以(T_cr-T_tr)/(n-1)为步长，扩展n个点，组成T(2n)，形成2n*2n个插值基点；

b.根据插值基点的压力、温度查询相关参数数据库，制成关于比容、比焓、比熵及定压比热的多个二维插值数组V(2n,2n)、H(2n,2n)、S(2n,2n)、CP(2n,2n)；

c.本步骤中的二维线性插值的方法如下：将压力方向插值基点，每m个数据为1组，划分为多组；温度方向的插值基点，每m个数据为一组，形成若干个m*m的数据块。查询时，先根据压力和每组压力的区间边界寻找组所在的列，找到这一列后，根据温度和区间边界找到所在的数据块；在数据块内部以二分的方式，首先对压力方向进行插值，进而对温度方向进行插值，最终确定温度。

8、向主程序反馈查询结果。本步以数据传递的形式将查询结果返回给管网模型的主计算程序，不修改管网模型向物性计算模块查询的自变量，只向反馈的因变量赋值。

本发明提供了一种面向核动力装置管网仿真模型应用的，适用于具有相变能力的液体/气体工质的，快速准确的物性计算方法。该方法通过独立的计算模块，实现物性计算与主管网计算的分离，使工质具有快速更换的可能；通过数组存储插值及拟合参数，实现工质物性的修改，完成快速更换工质的操作。在更换工质的过程中，仅需对相关数组赋值，不需要重新建模，不修改主管网仿真程序，因此使得本方法具有快速更换工质的能力。本发明提供的方法，基于分区块的快速线性插值，不需要迭代计算，不需要遍历寻找，大大提升了计算速度与计算效率，同时保证了计算精度。最终，物性计算模块根据主程序发送过来的信息，独立计算并向主程序反馈参数。

本发明提供的可相变工质的物性快速计算方法，包括按压力——温度分区、建立插值基点、建立拟合系数矩阵、求取饱和参数、自动根据输入参数选择分区、过冷参数/过热参数/超临界参数计算、反馈计算结果等若干重要步骤，本方法在求解快速性与求解准确性兼顾、更换工质的快速性与便捷性方面与目前模型相比，均得到了较大程度的提升，更加适合于核动力装置管网模型的设计仿真、评估仿真与培训仿真应用。

本发明可以对核动力装置管网仿真模型中的工质物性进行了不同于现有方式的计算方法，本发明的主要优点体现在：

(1)本发明中的方法独立计算可相变工质的物性参数，与管网主模型计算程序分离，所有物性参数插值基点及拟合参数矩阵存储于单独的数组中，能够在维持管网仿真模型不变的情况下，快速更换模型工质，不需重新建模，甚至不需中断仿真进程；

(2)本发明中的方法在求解大多数物性时采用高密度、分区块的线性插值方式求解参数，即保证了插值结果与实际值误差很小的要求，又不需要迭代、不需要从头遍历插值基点，计算量大幅度减少，在保证精度的同时提高了计算速度，满足核动力装置管网模型实时仿真，甚至超实时仿真的计算需求。

附图说明

图1本发明的计算方法流程框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步的说明。

结合图1，本发明的实现步骤主要包括三个环节：

(1)物性计算常量生成环节。物性计算常量生成环节只进行一次，当根据指定工质生成物性计算常量后，便直接调用本环节生成的常量数组，不需终止计算进程。物性计算常量可以通过更改数组成员值的方式实现公式更换，快速边界。所有参数基于实验测得，或从NIST或其他数据库中取得。所计算的流体必须满足以下性质：

a.必须是纯净物，不能是混合物或液态金属合金；

b.具有固、液、汽三个相态，在指定压力下，具有恒定的沸点；同一压力下无论汽液质量分数为多少，平衡状态下汽液温度都为相等值；

c.具有压力、温度明确的三相点和临界点；

d.化学性质稳定，温度、压力在计算范围内变化时，不发生化学反应。

物性计算常量生成环节，包含饱和参数支路、温度压力基点支路、温度焓值基点支路。

A.饱和区间计算模型支路的具体实施方法如下：

a.查询临界点温度T_cr、压力P_cr；三相点温度T_tr、P_tr；

b.在T_tr与T_cr之间，进行n-1等分，n个分界点存储为数组T(n)；

c.以上述温度点为参数，查询相关数据库，获得对应温度下的饱和压力、饱和气相比容、饱和气相比焓、饱和气相比熵、饱和气相定压比热、饱和液相比容、饱和液相比容、饱和液相比熵、饱和液相定压比热，分别存储于变量数组P(n)、VG(n)、HG(n)、SG(n)、CPG(n)、VL(n)、GL(n)、SL(n)、CPL(n)；

d.所有饱和参数的数组，送入饱和区间计算模型；

B.温度压力基点支路的具体实施方法如下：

b.根据a步骤的结果，将其中满足P(a)(n≥a>0)与T(b)(n≥a>0)存在的饱和关系的插值基点额外标注。

c.除b步骤标注的基点以外，以b步骤中的基点查询相关数据库，获得对应的比容、比焓、比熵、定压比热，分别存储于变量数组V(2n,2n)、H(2n,2n)、S(2n,2n)、CP(2n,2n)中；

d.所有数组送入超临界区间计算模型、过冷区间计算模型和过热区间计算模型中。

C.温度焓值基点支路的具体实施方法如下：

c.以同一压力下的四个焓差为自变量，四个温差为因变量，截距为0，进行四次拟合，拟合系数自四次项至一次项依次存储为SHC1(n)、SHC2(n)、SHC3(n)、SHC4(n)，这四个数组送入过热区间计算模型中；

d.查询P(a)、T(a)(a＝2n)下的焓值Hend，将Hend-Hcr进行n-1等分，存储在HCR(n)中；

e.以压力P(a)(2n≥a>n)、焓值HCR(b)(n≥b>0)为自变量，查询相关参数数据库，确定超临界温度，存储为TC0(n,n)。HCR(b)、TC0(n,n)这两个数组送入超临界区间计算模型中。

D.完成上述工作代表物性计算常量生成环节结束。更换工质后，重新按此步骤生成上述矩阵即可，此步骤与物性参数计算、管网模型主计算程序间互不统属，相对独立，可快速更换工质而不影响其他计算的进行。

(2)物性计算环节。物性计算环节主要用来根据管网模型主计算程序传入的参数，求取管网模型主计算程序需要的物性参数并返回，具体实施方法如下：

A.首先判断是否为饱和参数。当输入参数为1个时，自动进入饱和区间计算模型，饱和区域模型的计算具体实施方法如下：

a.根据传入参数的种类(温度或压力)，和想要传出参数的种类，选取合适的数组P(n)或T(n)中的一个作为自变量，T(n)或P(n)、VG(n)、HG(n)、SG(n)、CPG(n)、VL(n)、GL(n)、SL(n)、CPL(n)中的一个或多个作为因变量；

b.将n分成m等份，将自变量数组分成m个区间；

c.根据传入的温度或压力数值，首先判断属于哪个区间；

d.在此区间内，以二分方法进行查找，最终找到输入参数处于a与a+1之间；

e.在自变量与因变量的第a个元素和第a+1个元素间线性插值。

B.当输入两个参数时的具体实施方法如下：

a.判断输入参数是否满足饱和条件。利用步骤A中的方法，调取输入压力下的饱和温度、饱和汽液比焓，如判断输入参数互相是饱和的，返回步骤A中进行计算；如不为饱和参数，则判断输入参数种类，继续计算；

b.当输入量为压力与温度时，采用二维线性插值方法计算其他参数；本步骤中的二维线性插值的方法如下：将压力方向插值基点，每m个数据为1组，划分为多组；温度方向的插值基点，每m个数据为一组，形成若干个m*m的数据块。查询时，先根据压力和每组压力的区间边界寻找组所在的列，找到这一列后，根据温度和区间边界找到所在的数据块；在数据块内部以二分的方式，首先对压力方向进行插值，进而对温度方向进行插值，最终确定其他参数。

c.当输入量为压力和焓值时，首先根据输入的压力，利用步骤A计算饱和汽比焓、饱和液比焓；当压力小于临界压力，比焓大于对应的饱和汽比焓时，进入过热区间；当比焓小于临界比焓与饱和液比焓时，进入过冷区间；当压力与焓值均大于临界参数时，进入超临界区间；

d.在过热区间，根据以P(n)为自变量，SHC1(n)、SHC2(n)、SHC3(n)、SHC4(n)为因变量，根据给定P求得四次拟合系数SHC1、SHC2、SHC3、SHC4；利用给定焓值与饱和比焓的差值，代入四次拟合方程中，SHC1、SHC2、SHC3、SHC4一次为四次项系数、三次项系数、二次项系数、一次项系数，截距为0，求得过热度，与饱和温度相加得到实际温度；

e.在过冷区间，首先计算给定压力下饱和液比焓与给定比焓的焓差，并除以饱和液的定压比热，得到初步过冷度。利用饱和温度减去初步过冷度得到初步温度，进而求取该温度下的饱和液定压比热，继续应用给定压力下饱和液比焓与给定比焓的焓差除以该比热，得到最终过冷度。饱和温度减去过冷度即为实际温度；

f.在超临界区间，采用二维线性插值方法计算温度；本步骤中的二维线性插值的方法与b步骤相同，首先查询压力方向，其次查询焓值方向。

C.将计算结果传递回管网模型主计算程序，本计算环节结束。随着计算的进行，本环节需多次被管网模型主计算程序调用，但所有物性的计算都在本环节内完成，修改(1)环节中的数组不会影响到管网模型主计算程序。

(3)调用计算环节。本环节是管网模型主计算程序与物性计算方法间的桥梁。管网模型主计算程序向物性计算环节提出要求，并传入1至2个带有单位属性的变量；物性计算环节将计算结果反馈回管网模型主计算程序。传递过程中，不修改管网模型主计算程序的参数，只对计算结果赋值。

结合水与水蒸汽的物性参数，对本发明提供的工质物性快速计算方法进行说明。

(1)物性计算常量生成。根据NIST数据库，查询水的临界点温度T_cr＝374.3℃、压力P_cr＝22.12MPa；三相点温度T_tr＝0.01℃、P_tr＝0.000610MPa；

b.在T_tr与T_cr之间，进行499等分，500个分界点存储为数组T(500)；对应温度下的饱和压力、饱和气相比容、饱和气相比焓、饱和气相比熵、饱和气相定压比热、饱和液相比容、饱和液相比容、饱和液相比熵、饱和液相定压比热，分别存储于变量数组P(500)、VG(500)、HG(500)、SG(500)、CPG(500)、VL(500)、GL(500)、SL(500)、CPL(500)；

b.将P(500)向临界压力P_cr的方向，以(P_cr-P_tr)/499为步长，扩展500个点，组成P(200)；将T(500)向临界温度T_cr的方向，以(T_cr-T_tr)/499为步长，扩展500个点，组成T(1000)，形成1000*1000个插值基点；

c.根据b步骤的结果，将其中满足P(a)(500≥a>0)与T(b)(500≥a>0)存在的饱和关系的插值基点额外标注。除标注的基点以外，查询获得对应的比容、比焓、比熵、定压比热，分别存储于变量数组V(1000,1000)、H(1000,1000)、S(1000,1000)、CP(1000,1000)中；

d.以HG(500)数组中的500个元素为基础，以每个饱和汽焓值的103％、107％、115％、130％，组成HG1(500)、HG2(500)、HG3(500)、HG4(500)四个过热焓值数组；以过热焓值与饱和焓值HG(500)做差，得到四个焓差数组DH1(500)、DH2(500)、DH3(500)、DH4(500)；

e.以压力P(500)、过热焓值HG1(500)、HG2(500)、HG3(500)、HG4(500)查询得到过热温度TG1(500)、TG2(500)、TG3(500)、TG4(500)；将上述过热温度与饱和温度T(500)做差，得到四个温差数组DT1(500)、DT2(500)、DT3(500)、DT4(500)；

f.以同一压力下的四个焓差为自变量，四个温差为因变量，截距为0，进行四次拟合，拟合系数自四次项至一次项依次存储为SHC1(500)、SHC2(500)、SHC3(500)、SHC4(500)，这四个数组送入过热区间计算模型中；

g.查询P(a)、T(a)(a＝1000)下的焓值Hend，将Hend-Hcr进行99等分，存储在HCR(500)中。

(2)物性计算环节：本环节以输入0.5MPa求取饱和温度、0.5MPa、50℃求取比焓为例：

A.首先判断是否为饱和参数。输入仅有一个0.5MPa时，直接进入饱和计算：

a.根据传入参数的种类(温度或压力)，和想要传出参数的种类，选取合适的数组P(500)作为自变量，T(500)作为因变量；

b.将500分成50等份，将自变量数组分成50个区间；根据传入的压力数值，判断属于第21区间以二分方法进行查找，最终找到输入参数处于203与204之间；

e.在P(0.495899，0.505866)与T(151.5262,152.2762)间线性插值，得到温度151.8337℃。

B.当输入0.5MPa、50℃时：

a.判断输入参数是否满足饱和条件。利用步骤A中的方法，0.5MPa下对应饱和温度151.8337℃，不为饱和参数，继续计算；

b.当输入量为压力与温度时，采用二维线性插值方法计算其他参数；本步骤中的二维线性插值的方法如下：将压力方向插值基点，每10个数据为1组，划分为多组；温度方向的插值基点，每10个数据为一组，形成若干个10*10的数据块。查询时，先根据压力和每组压力的区间边界寻找组所在的21列，找到这一列后，根据温度和区间边界确定为第8行，找到所在的数据块；在数据块内部以二分的方式，首先对压力方向进行插值，进而对温度方向进行插值，最终确定比焓为209.7397kJ/kg。

本发明提供一种面向核动力装置管网仿真应用的可相变工质物性快速计算方法。(1)选择的工质物性按压力——温度坐标，分为过冷、饱和、过热、超临界4个区间；(2)饱和参数区间采用温度或压力为自变量，以线性插值方法求取压力或温度、比容、比焓、比熵、定压比热；(3)根据输入参数，自动进行分区；(4)过冷区间能够根据压力、比焓，以计算的方式求取温度；(5)过热区间能够根据压力、比焓，以计算的方式求取温度；(6)超临界区间以压力和比焓为自变量，通过线性插值的方式计算温度；(7)过冷、过热、超临界区能够根据压力、温度，以线性插值的方式计算比容、比焓、比熵、定压比热；(8)向主程序反馈查询结果。本发明所提供的计算方法，无需迭代计算，通过快速分区插值，在核动力装置管网模型中实现快速计算的目的。当需要使用不同的工质时，仅需更改保存参数的数组即可，不需重新建模，提高了模型调试的效率。本发明的物性计算保持相对独立，计算过程中不修改主程序中的参数。本发明在核动力装置管网模型的应用中，尤其是面向不同工质的仿真应用中，具有更改工质方便、计算速度快、计算参数多、计算范围广、计算结果准的优势。

Claims

1.一种面向核动力装置管网仿真应用的可相变工质物性快速计算方法，其特征是：

(1)可相变工质不仅包括水，还包括有机工质等能够产生相变的工质；

(2)工质物性按压力——温度坐标，分为过冷、饱和、过热、超临界4个区间；

(3)饱和参数区间采用温度或压力为自变量，以线性插值方法求取压力或温度、比容、比焓、比熵、定压比热；

(4)过冷区间能够根据压力、比焓，以计算的方式求取温度；

(5)过热区间能够根据压力、比焓，以计算的方式求取温度；

(8)具有自动的分区选择手段；

(9)采用分块区域插值的方法，减少插值计算查询的次数；物性计算模块独立，所有物性参数以数组形式储存，具有快速修改的特征。

2.根据权利要求1所述的一种面向核动力装置管网仿真应用的可相变工质物性快速计算方法，其特征是可相变工质不仅包括水，还包括有机工质等能够产生相变的工质，具体包括有以下特征的工质：

必须是纯净物，不能是混合物或液态金属合金；

具有固、液、汽三个相态，在指定压力下，具有恒定的沸点；同一压力下无论汽液质量分数为多少，平衡状态下汽液温度都为相等值；

具有压力、温度明确的三相点和临界点；

化学性质稳定，温度、压力在计算范围内变化时，不发生化学反应。

3.根据权利要求1所述的一种面向核动力装置管网仿真应用的可相变工质物性快速计算方法，其特征是工质物性按压力——温度坐标，分为过冷、饱和、过热、超临界4个区间，具体如下：

过冷区间：工质在此区间内，处于过冷状态，温度低于对应压力下的饱和温度；当压力大于临界压力后，温度低于临界温度；

饱和区间：工质在此区间内，处于饱和状态，温度等于对应压力下的饱和温度，可能存在纯液相、纯气相和汽液共存三种状态；

过热区间：工质在此区间内，压力小于临界压力，但温度大于对应压力下的饱和温度；

超临界区间：工质在此区间内，压力、温度均大于临界点压力、温度。

4.根据权利要求1所述的一种面向核动力装置管网仿真应用的可相变工质物性快速计算方法，其特征是饱和参数区间采用温度或压力为自变量，以线性插值方法求取压力或温度、比容、比焓、比熵、定压比热，具体包括：

以三相点温度至临界点温度范围内，进行n-1等分，存储于一个变量数组T(n)中；

以上述温度点为参数，查询相关参数数据库，获得对应温度下的饱和压力、饱和气相比容、饱和气相比焓、饱和气相比熵、饱和气相定压比热、饱和液相比容、饱和液相比容、饱和液相比熵、饱和液相定压比热，分别存储于变量数组P(n)、VG(n)、HG(n)、SG(n)、CPG(n)、VL(n)、GL(n)、SL(n)、CPL(n)中；

当需要根据温度求取饱和物性时，以T(n)为自变量，其余参数为因变量作线性插值；

当需要根据压力求取饱和物性时，以P(n)为自变量，其余参数为因变量作线性插值。

5.根据权利要求1所述的一种面向核动力装置管网仿真应用的可相变工质物性快速计算方法，其特征是过冷区间能够根据压力、比焓，以计算的方式求取温度，具体包括：

计算给定压力下的饱和液比焓、定压比热、温度；.

计算饱和液比焓与给定液比焓的焓差，并除以饱和液定压比热，得到初步过冷度；

饱和温度与初步过冷度的差值为初步温度，计算初步温度下的饱和液定压比热；

根据焓差，除以定压比热，得到最终过冷度；

利用饱和温度减去最终过冷度，得到实际温度输出。

6.根据权利要求1所述的一种面向核动力装置管网仿真应用的可相变工质物性快速计算方法，其特征是过热区间能够根据压力、比焓，以计算的方式求取温度，具体包括：

以HG(n)数组中的n个元素为基础，以每个饱和汽焓值的103％、107％、115％、130％，组成HG1(n)、HG2(n)、HG3(n)、HG4(n)四个过热焓值数组；以过热焓值与饱和焓值HG(n)做差，得到四个焓差数组DH1(n)、DH2(n)、DH3(n)、DH4(n)；

以压力P(n)、过热焓值HG1(n)为自变量，查询相关参数数据库，得到过热温度TG1(n)；类似地，以过热焓值HG2(n)、HG3(n)、HG4(n)查询得到过热温度TG2(n)、TG3(n)、TG4(n)；将上述过热温度与饱和温度T(n)做差，得到四个温差数组DT1(n)、DT2(n)、DT3(n)、DT4(n)；

以同一压力下的四个焓差为自变量，四个温差为因变量，截距为0，进行四次拟合，拟合系数自四次项至一次项依次存储为SHC1(n)、SHC2(n)、SHC3(n)、SHC4(n)；

当需要以压力、焓值计算过热汽温度时，首先利用压力P，利用权利要求3确定HG、T，进一步根据给定焓值确定焓差；进而以P为自变量进行线性插值，确定SHC1、SHC2、SHC3、SHC4；

根据四次拟合方程计算温差，并根据上一项确定的饱和温度，获得最终的过热温度。

7.根据权利要求1所述的一种面向核动力装置管网仿真应用的可相变工质物性快速计算方法，超临界区间以压力和比焓为自变量，通过二维线性插值的方式计算温度，具体包括：

将P(n)向临界压力P_cr的方向，以(P_cr-P_tr)/(n-1)为步长，扩展n个点，组成P(2n)；

将T(n)向临界温度T_cr的方向，以(T_cr-T_tr)/(n-1)为步长，扩展n个点，组成T(2n)，根据物性参数库查询点[P(2n)、T(2n)]下的焓值Hend，将Hend-Hcr进行n-1等分，存储在HCR(n)中；

以压力P(a)(2n≥a>n)、焓值HCR(b)(n≥b>0)为自变量，查询相关参数数据库，确定超临界温度，存储为TC0(n,n)；

当需要以压力、焓值计算超临界温度时，首先对压力方向进行插值，进而对焓值方向进行插值，最终确定温度。

8.根据权利要求1所述的一种面向核动力装置管网仿真应用的可相变工质物性快速计算方法，其特征是过冷、过热、超临界区能够根据压力、温度，以线性插值的方式计算比容、比焓、比熵、定压比热，具体方法如下：

将P(n)向临界压力P_cr的方向，以(P_cr-P_tr)/(n-1)为步长，扩展n个点，组成P(2n)；将T(n)向临界温度T_cr的方向，以(T_cr-T_tr)/(n-1)为步长，扩展n个点，组成T(2n)，形成2n*2n个插值基点；

根据插值基点的压力、温度查询相关参数数据库，制成关于比容、比焓、比熵及定压比热的多个二维插值数组V(2n,2n)、H(2n,2n)、S(2n,2n)、CP(2n,2n)；

当需要以压力、温度求取物性参数时，首先对压力方向进行插值，进而对温度方向进行插值。

9.根据权利要求1所述的一种面向核动力装置管网仿真应用的可相变工质物性快速计算方法，其特征是具有自动的分区选择手段，具体包括：

当输入参数为1个时，仅有饱和参数计算满足一个自变量的要求，自动进入饱和区间；

当输入压力和比焓时，首先判断临界状态，如压力大于临界压力、比焓大于临界比焓时，处于超临界区间；其次按权利要求3的方式计算对应的饱和液比焓、饱和汽比焓，当输入比焓大于饱和汽比焓时，处于过热区间；当输入比焓小于饱和液比焓时，处于过冷区间；当输入比焓处于汽液比焓之间时，处于饱和区间；

当输入压力和温度时，首先判断压力，如压力大于临界压力、温度大于临界温度时，处于超临界区间；其次按权利要求3的方式计算对应的饱和温度，当输入温度大于饱和温度时，处于过热区间；当输入温度小于饱和温度焓时，处于过冷区间；当输入温度与饱和温度相等时，处于饱和区间。

10.根据权利要求1所述的一种面向核动力装置管网仿真应用的可相变工质物性快速计算方法，其特征是物性计算模块独立，所有物性参数以数组形式储存，具有快速修改的特征。具体如下：

将插值基点的数据，每m个数据为1组，划分为多组；

当需要查询时，首先根据查询量和每组的区间寻找组，找到组后，从组中间开始继续细化寻找；这样的寻址方法大大减少了寻找时间，提升了计算速度，不需要迭代，满足物性快速计算的要求；

物性计算模块是独立于管网计算子程序之外的，因此具备快速更换工质的可能；

所有物性参数均以插值基点或拟合系数的方式存储于数组中，当更换工质时，通过修改上述数组成员值即可实现，主管网仿真程序无需任何操作，不需重新建模，具有快速修改的特征。