1.本文主要的研究内容
本文的主要目的是，希望在借鉴国内外相关研究成果的基础上，通过对热力系统的数学模型进行分析研究，以通用性、智能化和精确度为目标，利用面向对象的设计思想，编制电站热力性能计算软件，能够准确地对机组热经济性进行分析计算。本文主要做了以下几个方面的工作：①结合火电机组热力性能计算软件的开发和应用，应用软件工程方法学对软件进行了需求分析。②根据热力系统中的基本设备进行了模块划分，建立回热加热器的数学模型；对汽轮机排汽焓的计算方法进行了研究。③根据软件需要编制了水和蒸汽计算子程序，并对程序实现过程中的一些关键问题进行了研究。④对系统的组态实现方法进行了研究，根据各模块的数学模型编制了计算程序，结合水和蒸汽计算子程序，计算某机组的热经济性。
2.热力性能计算软件需求分析
软件需求分析是指软件开发人员通过研究用户的需求，完全理解用户对软件功能的需求，建立一个可确认的、可验证的基本依据。需求分析虽然是软件开发过程的开始阶段，但也是整个软件过程的关键点，对保证软件质量至关重要。需求分析的主要任务就是准确说明软件必须完成哪些工作，提出具体、完整、准确的目标要求。
软件总体介绍国外的热力性能计算软件虽然提供了比较完整的功能，但价格普遍很高；而国内的热力性能计算软件的研究虽然取得了一定成果，但真正投入使用的不多。本软件的主要目的是研究开发出一种具有组态功能的、能够适用于电力研究院（中试所）和电厂的热力性能计算软件，从而能够计算出机组的缸效率、热耗率等热经济指标。本软件可用于以下情况：①对于大修、技改前后的机组，需要对热力性能测试的结果进行计算分析，以检测大修、技改的结果；②对于新投产的机组，需要通过热力性能测试的结果来检验机组的热力性能是否达到了保证值；③通过本软件的计算分析结果来预测设备部件的运行情况，为机组的安全经济运行提供依据。
电站热力系统结构复杂，不同容量机组的热力系统结构不同，即使是相同容量机组的热力系统结构也不尽相同，因此要实现软件的通用性难度极大。传统的性能计算软件，只能针对某一具体的特定机组，对不同的机组都要重新设计程序或者修改代码，并且对工程技术人员的专业水平要求较高，一定程度上限制了软件的推广应用。为了使系统具有良好的通用性和扩充性，在系统设计时应注意突出系统的模块化和可视化的特点。模块化的特点是建立各个子系统和设备部件的模型，通过将模型进行不同的组合以构造出实际需要的系统。可视化的特点是用图形可视化的方式将抽象的设备部件及其工作原理表示出来，这样不仅方便了用户理解系统的结构，而且可以保证系统组态结果的正确性。通过分析，将软件的功能概括为以下几个方面：①建立模块图形资源库。模块图形资源是进行组态的基础。软件首先建立各个设备的模块图形，并添加到模块图形资源库中保存，用户可以根据需要创建、删除、修改模块及模块的属性；②实现组态功能。用户通过从模块图形资源库中调出模块图标按照原则性热力系统图中的连接方式，像搭积木一样将模块图标组合起来。软件能自动对用户的组态结果进行识别并以适当的数据结构储存；③计算热经济性指标。编制软件的最终目的是进行热力计算。软件能够根据组态的结果，通过识别自动生成热力系统的计算矩阵，以完成热力性能的计算。目前大多数发电厂已应用 DCS/MIS 系统，计算所需的采样数据可以从 DCS/MIS的实时数据库中获得；④输出计算结果。软件能够显示计算的各项热经济性指标，并能够查询存储的各项历史性能指标，并能够显示设备的各项性能。
3. 电站热力系统计算模型的建立 ................................................................... 10
3.1 热力系统模块的划分 ................................................................................. 10
3.2 加热器数学模型的建立 .............................................................................. 11
3.3 辅助设备及系统的数学模型.................................................................................. 17
3.3.1 门杆汽封系统的数学模型 ............................................................... 17
3.3.2 轴封系统的数学模型 ..................................................................................................... 18
3.3.3 给水泵和小汽轮机的数学模型 .......................................................... 19
3.4 汽轮机排汽焓的计算 .................................................................................. 19
4. 水与水蒸汽热力学性质的计算模型...........................................................25
4.1 IAPWS-IF97 的适用范围及区域划分 ............................................................. 26
4.2 IF97 状态方程与特性函数.................................................................................... 27
4.3 IAPWS-IF97 计算程序 ................................................................................. 27
4.3.1 第 1 类问题的求解 ......................................................................................................... 28
4.3.2 第 2 类问题的求解 ......................................................................................................... 34
5. 火电机组热力性能计算软件的开发.......................................................................35
5.1 软件结构图 ............................................................................................................ 35
5.1.1 组态模块 .................................................................................................. 35
5.1.2 数据采集模块 .................................................................................................... 38
5.1.3 热力计算模块 .................................................................................... 39
5.2 软件的计算流程图 ...................................................................................................... 42
5.3 实例验证 ................................................................................................................ 42
结论
按照软件工程的方法对火电机组热力性能计算软件进行了需求分析，设计了软件的主要功能，提高了软件开发的效率，使得软件的开发具有科学性。通过对电厂热力系统进行分析研究，对热力系统进行了模块划分。在建立加热器模型时引入了“通断系数 Ki”，可以将不同类型的加热器抽象为一个类型。利用能量平衡方程和质量平衡方程，建立了矩阵形式的加热器计算模型，该模型考虑了外部热量、辅助汽水和加热器效率的影响，能够适用于不同形式的电站机组，方便了热力系统组态。在水和水蒸气热力性质计算程序的设计中，提出了 IAPWS-IF97 基本方程和反推方程未包括的状态方程的算法，对各状态区域划分、迭代算法进行了较深入的研究；根据各区方程指数的排列规律，优化了各区的算法。根据本文的算法编制了程序，并计算了水和蒸汽的热力参数，通过与水和水蒸汽表中的值进行比较，误差很小，可以应用于工程计算中。