python 调用 CoolProp 计算介质的物性

发表于 分类于 本文字数： 909 阅读时长 ≈ 3 分钟

之前常用的物性计算软件是 Nist Refprop，在 Excel 中计算时调用起来非常好使。
但是计算方程组求解时 Excel 就不太好用了。。

发现了一个开源软件：CoolProp，它支持多种程序或语言的调用，接口比较好；
对 python 的支持也非常方便。

1. 安装 CoolProp

  • 直接使用 pip 安装：

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    pip install CoolProp

  • 或者安装开发版（稳定版偶尔有编译问题，导致安装失败）：

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    # install the latest nightly release version
    pip install -vvv --pre --trusted-host www.coolprop.dreamhosters.com --find-links http://www.coolprop.dreamhosters.com/binaries/Python/ -U --force-reinstall CoolProp

2. 基本使用

2.1 参数说明

ref: http://www.coolprop.org/coolprop/HighLevelAPI.html
D, DMASS kg/m^3 Mass density 密度
H, HMASS J/kg Enthalpy 焓
P Pa Pressure 压力
Q mol/mol Mass vapor quality 气体占比
T K Temp 温度
A, SPEED_OF_SOUND m/s Speed of sound 声速
CONDUCTIVITY, L W/m/K Thermal conductivity 热导率
CVMASS, O J/kg/K Mass specific constant volume specific heat 定容比热容
C, CPMASS J/kg/K Mass specific constant pressure specific heat 定压比热容
I, SURFACE_TENSION N/m Surface tension 表面张力
M, MOLARMASS kg/mol Molar mass 摩尔质量
PCRIT Pa Pressure at the critical point 临界压力
TCRIT K Temperature at the critical point 临界温度
V, VISCOSITY Pa·s Viscosity 粘度
Z Compressibility factor 压缩系数

  • 示例1：

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    from CoolProp.HumidAirProp import HAPropsSI
    from CoolProp.CoolProp import PropsSI

    p = 101325
    t = PropsSI('T', 'P', p, 'Q', 0, 'Water')
    print('\n-------------CoolProp-------------')
    print('- 在 {} Pa(abs) 时，水的饱和温度: {:.2f} K \n'.format(p, t))    # 373.12 K

  • 示例2：

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    from CoolProp.HumidAirProp import HAPropsSI
    from CoolProp.CoolProp import PropsSI
    paras = {'D': 'kg/m^3', 
             'H': 'J/kg', 
             'A': 'J/kg/K',
             'L': 'W/m/K',
             'O': 'J/kg/K',
             'C': 'J/kg/K',
             'M': 'kg/mol',
             'V': 'Pa.S',
             'Z': '-'}

    for (k, v) in paras.items():    
        v1 = CP.PropsSI(k, 'T', 273.15+20, 'P', 101325, 'water')
        print(f'  {k}: {v1:10.4f} {v}')

2.2 直接定义一个类，方便调用

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from CoolProp.CoolProp import PropsSI

class WaterProp(object):
    # 求特定压力下的物性
    def __init__(self, p=101325):
        self.T = PropsSI('T', 'P', p, 'Q', 0, 'Water')          # 饱和温度
        self.C = PropsSI('C', 'P', p, 'Q', 0, 'Water')          # 比热容
        self.D_l = PropsSI('D', 'P', p, 'Q', 0, 'Water')        # 液体密度
        self.D_v = PropsSI('D', 'P', p, 'Q', 1, 'Water')        # 蒸汽密度

        self.H_l = PropsSI('H', 'P', p, 'Q', 0, 'Water')
        self.H_v = PropsSI('H', 'P', p, 'Q', 1, 'Water')
        self.H = self.H_v - self.H_l                            # 汽化潜热
        self.L_l = PropsSI('L', 'P', p, 'Q', 0, 'Water')        # 导热系数
        self.I_l = PropsSI('I', 'P', p, 'Q', 0, 'Water')        # 表面张力

        self.U_l = PropsSI('V', 'P', p, 'Q', 0, 'Water')        # 动力粘度
        self.V_l = self.U_l / self.D_l                          # 运动粘度
        self.Prl = PropsSI('Prandtl', 'P', p, 'Q', 0, 'Water')  # 普朗特数

        self.print_prop()

    def print_prop(self):
        print('\n-------------CoolProp-------------')
        print('- {}: {:>10s}      {:<10}'.format('介质名称', 'Water',    '单位'))
        print('- {}: {:>10.2f}    {:<10}'.format('计算压力', p,          'Pa'))
        print('- {}: {:>10.2f}    {:<10}'.format('饱和温度', self.T,     'K'))
        print('- {}: {:>10.2f}    {:<10}'.format('液体密度', self.D_l,   'kg/m3'))
        print('- {}: {:>10.4f}    {:<10}'.format('蒸汽密度', self.D_v,   'kg/m3'))
        print('- {}: {:>10.2f}    {:<10}'.format('汽化潜热', self.H,     'J/kg'))
        print('- {}: {:>10.4f}    {:<10}'.format('导热系数', self.L_l,   'W/m.K'))
        print('- {}: {:>10.4e}    {:<10}'.format('运动粘度', self.V_l,   'm2/s'))
        print('- {}: {:>10.4f}    {:<10}'.format('普朗特数', self.Prl,   '-'))


WaterProp(p=101325)
'''
- 介质名称:      Water      单位
- 计算压力:  101325.00    Pa
- 饱和温度:     373.12    K
- 液体密度:     958.37    kg/m3
- 蒸汽密度:     0.5977    kg/m3
- 汽化潜热: 2256471.59    J/kg
- 导热系数:     0.6772    W/m.K
- 运动粘度: 2.9389e-07    m2/s
- 普朗特数:     1.7533    
'''

3. 湿空气计算

CoolProp 可以直接计算 湿空气的物性。

  • 参数说明：
P Pa Pressure 压力
T K Dry-Bulb Temp 干球温度
Twb K Wet-Bulb Temp 湿球温度
Tdp K Dew-Point Temp 露点温度
R Relative humidity 相对湿度
W kg/kga Humidity Ratio 含湿量
H J/kga Mixture Enthalpy 比焓
  • 示例：
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    from CoolProp.HumidAirProp import HAPropsSI

    w = HAPropsSI('W', 'T', 273.15+25, 'P', 101325, 'R', 0.5)
    t_dp = HAPropsSI('Tdp', 'T', 273.15+25, 'P', 101325, 'R', 0.5)
    h = HAPropsSI('H', 'T', 273.15+25, 'P', 101325, 'R', 0.5)

    print('\n-------------CoolProp-------------')
    print('在 25℃ , 101325Pa 时，相对湿度为 50% 的湿空气, ')
    print('- 含湿量为 {:>8.2%}  kg/kga'.format(w))               # 0.99%
    print('- 露点为   {:>8.2f}  ℃'.format(t_dp-273.15))         # 13.87
    print('- 比焓为   {:>8.2f}  kJ/kg'.format(h/1000))          # 50.42

更多用法见官网 : http://www.coolprop.org/coolprop/wrappers/Python/index.html#python