prop.cryogeny.cn 流体物性在线计算:使用方法、特色与精度

深冷天地的在线工具箱又添一员:prop.cryogeny.cn 物性计算页面已完成并上线。这是一个跑在浏览器里的单流体热物性计算器——任选两个已知的状态参数,解出完整状态点的全部物性。PC 和手机都做了适配,首页菜单里的「物性计算」可以直接进入。

它是什么

页面内核是 CoolProp,以 WebAssembly 的形式完整跑在你自己的浏览器里。输入变化即时出结果,不需要注册、不收费、也没有次数限制;计算过程不向服务器发送任何数据,断网也能用(首次加载引擎文件后)。

特色

  • 任意两个已知量解完整状态。支持五种输入参数对:P–T、P–Q、T–Q、P–H、P–S。做节流、换热计算时经常是「压力 + 焓」定状态,P–H、P–S 反查正好覆盖这类场景。
  • 123 种流体。常见气体(氮、氧、氩、氦、氢、空气、甲烷、二氧化碳)、水、常用制冷剂(R134a、R32、R410A、R22、R23 等)都在列表里,常用流体单独分组置顶,不用翻长列表。
  • 19 项物性一次给全。相态、干度 x、温度 T、压力 P、密度 ρ、比容 v、比焓 h、比熵 s、比内能 u、定压比热 cp、定容比热 cv、比热比 γ、声速 w、动力粘度 μ、运动粘度 ν、导热系数 λ、普朗特数 Pr、压缩因子 Z、摩尔质量 M。其中 v、γ、ν、Pr 是由基本量导出的:v = 1/ρ,γ = cp/cv,ν = μ/ρ,Pr = cp·μ/λ。
  • 两相区可用。给定干度 x(0–1)或由 P–H / P–S 落入两相区时,按干度给出混合物性,并明确标注相态(过冷液 / 饱和液 / 两相 / 饱和汽 / 过热汽 / 超临界)。
  • 单位随手切,数值统一 2 位小数。温度可切 K / °C,压力可切 Pa / kPa / MPa / bar,能量和熵也有对应单位档;结果区数值右对齐、单位单独一列左对齐,扫一眼就能对比。粘度用 μPa·s、运动粘度用 cSt、导热系数用 mW/(m·K),都是 2 位小数下不失真的量纲。
  • 拒绝式报错。温度低于绝对零度、压力非正、干度越界、状态点超出物性范围——这些情况页面会直接给出原因,而不是硬算一个似是而非的数字出来。
  • 一键复制。「复制全部」把流体名、相态和整张物性表按行复制到剪贴板,贴进计算书或聊天窗口都方便。

使用方法

三步:

  1. 打开 prop.cryogeny.cn(或从本站首页菜单点「物性计算」)。首次进入会加载几 MB 的计算引擎,看到右上角「CoolProp 本地引擎」即就绪。
  2. 左侧选流体和输入参数对,填入两个已知量的数值(旁边的单位按钮可以切换)。
  3. 结果即时显示在右侧。改任何一个输入,结果立刻跟着更新;也可以点「开始计算」手动触发。

例 1:常压氮气的完整状态(P–T)

流体 Nitrogen,参数对 P–T,P = 101.325 kPa,T = 300 K。相态判定为过热汽(氮的沸点在 77 K 附近,常温常压显然是气相),结果节选:

性质 数值 单位
密度 ρ 1.14 kg/m³
比焓 h 311.19 kJ/kg
比熵 s 6.84 kJ/(kg·K)
定压比热 cp 1,041.36 J/(kg·K)
比热比 γ 1.40 —
声速 w 353.16 m/s
动力粘度 μ 17.89 μPa·s
导热系数 λ 25.97 mW/(m·K)
普朗特数 Pr 0.72 —
压缩因子 Z 1.00 —

γ = 1.40、Pr = 0.72、Z ≈ 1.00,都是双原子理想气体该有的样子,可以当作对计算链路的快速自检。

例 2:饱和水的气液混合(P–Q)

流体 Water,参数对 P–Q,P = 101.325 kPa,x = 0.5。相态显示「两相」,饱和温度 373.12 K,混合密度 1.19 kg/m³,比焓 1,547.29 kJ/kg,比熵 4.33 kJ/(kg·K)。

例 3:由压力和焓反查温度(P–H)

流体 Water,参数对 P–H,P = 400 kPa,h = 2,700 kJ/kg。反解得 T = 416.76 K(约 143.6 °C),密度 2.20 kg/m³,比熵 6.80 kJ/(kg·K),相态过热汽。这类查询在节流阀出口、换热器节点的校核里最常用。

精度与适用范围

这是使用前应该了解清楚的部分:

  • 热力学量(T、P、ρ、h、s、u、cp、cv、w、Z)。CoolProp 的纯流体状态方程为 Helmholtz 自由能形式(HEOS),与 NIST REFPROP 采用同源的参考级方程。在各流体方程的有效范围内,常见工质的压力、密度、焓、熵等热力学量不确定度通常在 0.1% 量级以内。
  • 输运性质(μ、λ 及其导出的 ν、Pr)。粘度和导热系数由各自的经验关联式计算,不确定度比热力学量大,通常在百分之几的量级,随流体而异。工程换热、压降计算够用;计量级场合请以实验数据或 REFPROP 为准。
  • 两相区是均相混合模型。0 < x < 1 时:密度按比容加权(1/ρ = (1−x)/ρL + x/ρV),焓、熵、比热、粘度、导热系数、声速按干度线性插值,压缩因子不给出(两相区无定义)。这是工程估算口径,用于流程计算和量级判断是合适的;气液两相的滑移、临界区附近的精细行为不在其描述范围内。
  • 超出有效范围会拒绝。低于三相点、超出方程温度压力上下限等状态点,页面直接提示「超出计算范围」。各流体的临界点温度、压力显示在输入卡下方,可作参照。
  • 混合物不在本页范围。页面只算纯流体(含空气这类已定组成的伪纯质)。需要混合物相平衡(VLE)、露点泡点计算,请用 CoolProp 桌面版 / REFPROP,或等待本站后续的混合物工具。
  • 网页版不打折。计算直接调用与 CoolProp 官方桌面版相同的 C++ 内核(编译为 WebAssembly),数值结果不因运行在浏览器里而损失精度;页面显示统一保留 2 位小数,复制出的数值同样是 2 位小数的显示值。

链接

  • 工具入口:https://prop.cryogeny.cn/(本站首页菜单「物性计算」亦可进入)
  • 计算引擎:CoolProp——开源物性库,论文引用见其官网

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