一种高精度、简单的湿空气物性经验公式

2011-10-30 06:21鹿磊

中国科技信息 2011年12期

关键词：湿空气物性计算方法

鹿磊

上海海事大学商船学院，上海 200135

一种高精度、简单的湿空气物性经验公式

鹿磊

上海海事大学商船学院，上海 200135

在现代空调领域中，湿空气物性参数的精确、简单的计算，是空调工程设计、测控的有效保证。本文在已有的湿空气物性参数经验公式的基础上提出了一种改进了的适用于空调工程的高精度、简单的湿空气物性经验公式。

湿空气；物性计算；拟合；空气调节

引言

在现代空调工程中，空调的设计、调试以及测控、测试都离不开简单、高精度的湿空气物性参数计算。以经验公式为代表的湿空气的物性参数计算方法是非常成熟的，但是这些经验公式都存在这样那样的问题。要么形式过于复杂、要么精度不够高。计算方法追求高精度是毋庸置疑的，但是在计算机技术发展如此惊人的今天，我们为什么要追求计算方法的简洁易于编程呢？这就和我们空调工程的特点相关了。因为PLC、单片机的高稳定性和低成本，它们被广泛运用于空调的测量控制系统。众所周知用于PLC(如S7 200300)的LAD语言和单片机(如8051、8052)的汇编语言或C51的灵活性，是远逊于现在常用的Java、Delphi这样的语言的。所以用于空调工程控制领域的物性计算方法要力求简洁、便于编程。本文就提出了一种比较适合用于空调工程领域的湿空气物性参数的拟合公式。

1 湿空气物性参数的计算方法概述

1.1 空调工程常用的湿空气的7个物性参数

表1 -1

1.2 ψ、d、h、pq的计算公式

1.3 湿空气物性计算方法

只要知道了表1-1中的任意2个参数，我们就能通过公式求得另外5个参数的值。但是受到测试技术的限制，最易于测得、且测量精度比较容易保证的两个参数是干球温度td和湿球温度tw。且对以上4式分析发现ψ、d、h、pq都是关于td、tw和pq,s(tw)、pq,s(td)、v的函数。由此可见，我们只要建立温度t和该温度下的饱和水蒸气分压力的函数关系，并将tw、td和pq,s(tw)、pq,s(td)代入ψ、d、h、pq的计算式中，这些空气的物性参数就很容易计算出了。pq,st的经验公式的性能优劣决定了决定最终个物性参数的精度。我们将在第2节中提出一种新的温度t和该温度下的饱和水蒸气分压力的经验公式。

2 经验公式的改进

2.1 已有的t-pq,s(t）的经验公式[1],[4]经验公式一:

经验公式二:

2.2 上述经验公式的缺点

经验公式一、经验公式二这样用拟合的办法得到的经验公式，用一两个公式来囊括[-100℃,200℃]内所有的状态点是不妥当而且是没有必要的。这两个经验公式在某些点的误差会非常大。

对于经验公式二，我们知道高次多项式的稳定性比较差[2]，在某些点上误差比较大。且经验公式二形式过于复杂。

2.3 改进方法

2.3.1 拟合范围

众所周知，普通的空调工程中空气的干球温度一般在-20℃～50℃的范围，而湿球温度一般不超过30℃。所以我们确定经验公式。

2.3.2 改进方法的公式形式

我们将数据分成三段:t∈[-20℃,1℃); t∈[1℃,25℃]; t∈(25℃,50℃]。

2.3.3 多项式拟合的数据来源

文献[1], 湿空气的密度、水蒸气压力、含湿量和焓。

2.4 拟合过程[2]

上面的式子以温度段t∈[1℃,25℃]为例说明拟合过程。将2.3.3中相应参数代入式(11)中，求出每个温度段的多项式的系数:(a b c d)。上述过程的计算量很大，我们利用Mathematic 5.0进行这一过程。

2.5 拟合结果

经验公式三：

3 几种计算方法的比较

3.1 比较的基准

同2.3.3。

3.2 比较内容[2]

对饱和湿空气的水蒸气含湿量(ds)、分压力(pq,s)和焓(hs)的精确值和计算值进行比较，得出绝对误差（e）和相对无差(er)。(注：这里只比较饱和状态的湿空气物性，因为：饱和湿空气物性是任意点湿空气物性的根本，只要弄清饱和湿空气的物性经验公式的误差就能分析出任意点的误差)。然后对各参数的绝对误差（e）和相对无差(er)进行统计学分析，统计项目如下：