#!/usr/bin/python3
# -*- coding: utf-8 -*-
"""Pychemqt, Chemical Engineering Process simulator
Copyright (C) 2009-2025, Juan José Gómez Romera <jjgomera@gmail.com>
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Library to use freesteam library to calculate water properties with IAPWS-IF97 \
to meos calculation or in stream calculations, http://freesteam.sourceforge.net
This library is optional, pychemqt has a python implementation for IAPWS-IF97 \
in file lib/iapws97.py, but if freesteam is available in your system this is \
faster because is implemented in c++.
All the functionality is included in the main class:
* :class:`Freesteam`: Stream definition using freesteam external library
API reference
-------------
"""
from math import exp
import os
import iapws
from iapws.iapws97 import prop0
from scipy.constants import R
try:
import freesteam
except:
pass
from lib import unidades, mEoS
from lib.thermo import ThermoWater
__doi__ = {
1:
{"autor": "John Pye",
"title": "Open source steam property routines in C. Implements the "
"IAPWS-IF97 steam tables from the International Association "
"for the Properties of Water and Steam ",
"ref": "https://sourceforge.net/projects/freesteam/",
"doi": ""}}
[docs]
class Freesteam(ThermoWater):
"""Class to define a water stream
It can be defined by the pair:
P,T
P,h
P,s
P,v
T,s
T,x
where:
-T: Temperature, Kelvin
-P: Pressure, Pa
-x: Quality, [-]
-s: entropy, kJ/kgK
-h: enthalpy, kJ/kg
-v: specific volume, m³/kg
"""
kwargs = {"T": 0.0,
"P": 0.0,
"x": None,
"h": 0.0,
"s": 0.0,
"v": 0.0,
"l": 0.5893}
M = unidades.Dimensionless(iapws._iapws.M)
if os.environ["freesteam"] == "True":
Pc = unidades.Pressure(freesteam.PCRIT)
Tc = unidades.Temperature(freesteam.TCRIT)
rhoc = unidades.Density(freesteam.RHOCRIT*M)
else:
Pc = unidades.Pressure(iapws._iapws.Pc, "MPa")
Tc = unidades.Temperature(iapws._iapws.Tc)
rhoc = unidades.Density(iapws._iapws.rhoc)
Tt = iapws._iapws.Tt
Tb = iapws._iapws.Tb
f_accent = unidades.Dimensionless(iapws._iapws.f_acent)
momentoDipolar = iapws._iapws.Dipole
@property
def calculable(self):
self._thermo = -1
if self.kwargs["T"] and self.kwargs["P"]:
self._thermo = 0
self.var1 = self.kwargs["P"]
self.var2 = self.kwargs["T"]
elif self.kwargs["P"] and self.kwargs["h"]:
self._thermo = 1
self.var1 = self.kwargs["P"]
self.var2 = self.kwargs["h"]
elif self.kwargs["P"] and self.kwargs["s"]:
self._thermo = 2
self.var1 = self.kwargs["P"]
self.var2 = self.kwargs["s"]
elif self.kwargs["P"] and self.kwargs["v"]:
self._thermo = 3
self.var1 = self.kwargs["P"]
self.var2 = self.kwargs["v"]
elif self.kwargs["T"] and self.kwargs["s"]:
self._thermo = 4
self.var1 = self.kwargs["T"]
self.var2 = self.kwargs["s"]
elif self.kwargs["T"] and self.kwargs["x"] is not None:
self._thermo = 5
self.var1 = self.kwargs["T"]
self.var2 = self.kwargs["x"]
return self._thermo+1
[docs]
def calculo(self):
method = [freesteam.steam_pT, freesteam.steam_ph, freesteam.steam_ps,
freesteam.steam_pv, freesteam.steam_Ts, freesteam.steam_Tx]
func = method[self._thermo]
fluido = func(self.var1, self.var2)
self.x = unidades.Dimensionless(fluido.x)
self.name = mEoS.H2O.name
self.region = fluido.region
self.synonim = mEoS.H2O.synonym
self.CAS = mEoS.H2O.CASNumber
self.T = unidades.Temperature(fluido.T)
self.P = unidades.Pressure(fluido.p)
self.phase = self.getphase(Tc=self.Tc, Pc=self.Pc, T=self.T, P=self.P,
x=self.x, region=self.region)
self.Tr = unidades.Dimensionless(self.T/self.Tc)
self.Pr = unidades.Dimensionless(self.P/self.Pc)
self.rho = unidades.Density(fluido.rho)
self.v = unidades.SpecificVolume(1./self.rho)
cp0 = prop0(self.T, self.P.MPa)
cp0["h"] *= 1000
cp0["s"] *= 1000
cp0["cp"] *= 1000
cp0["cv"] *= 1000
self._cp0(cp0)
self.Liquido = ThermoWater()
self.Gas = ThermoWater()
if self.x == 0:
# only liquid phase
self.fill(self, fluido)
self.fill(self.Liquido, fluido)
self.sigma = unidades.Tension(freesteam.surftens_T(self.T))
self.Hvap = unidades.Enthalpy(None)
self.Svap = unidades.SpecificHeat(None)
elif self.x == 1:
# only vapor phase
self.fill(self, fluido)
self.fill(self.Gas, fluido)
self.Hvap = unidades.Enthalpy(None)
self.Svap = unidades.SpecificHeat(None)
else:
# two phases
liquido = freesteam.steam_Tx(fluido.T, 0.)
self.fill(self.Liquido, liquido)
self.sigma = unidades.Tension(freesteam.surftens_T(self.T))
vapor = freesteam.steam_Tx(fluido.T, 1.)
self.fill(self.Gas, vapor)
self.h = unidades.Enthalpy(
self.x*self.Gas.h+(1-self.x)*self.Liquido.h)
self.s = unidades.SpecificHeat(
self.x*self.Gas.s+(1-self.x)*self.Liquido.s)
self.u = unidades.SpecificHeat(
self.x*self.Gas.u+(1-self.x)*self.Liquido.u)
self.a = unidades.Enthalpy(
self.x*self.Gas.a+(1-self.x)*self.Liquido.a)
self.g = unidades.Enthalpy(
self.x*self.Gas.g+(1-self.x)*self.Liquido.g)
self.cv = unidades.SpecificHeat(None)
self.cp = unidades.SpecificHeat(None)
self.cp_cv = unidades.Dimensionless(None)
self.w = unidades.Speed(None)
self.Hvap = unidades.Enthalpy(vapor["h"]-liquido["h"], "kJkg")
self.Svap = unidades.SpecificHeat(vapor["s"]-liquido["s"], "kJkgK")
[docs]
def fill(self, fase, estado):
fase._bool = True
fase.M = self.M
fase.rho = unidades.Density(estado.rho)
fase.v = unidades.SpecificVolume(estado.v)
fase.Z = unidades.Dimensionless(self.P*estado.v/R/1000*self.M/self.T)
fase.h = unidades.Enthalpy(estado.h)
fase.s = unidades.SpecificHeat(estado.s)
fase.u = unidades.Enthalpy(estado.u)
fase.a = unidades.Enthalpy(fase.u-self.T*fase.s)
fase.g = unidades.Enthalpy(fase.h-self.T*fase.s)
fi = exp((fase.g-self.g0)/1000/R*self.M/self.T)
fase.fi = [unidades.Pressure(fi)]
fase.f = [unidades.Pressure(self.P*f) for f in fase.fi]
fase.cv = unidades.SpecificHeat(estado.cv)
fase.cp = unidades.SpecificHeat(estado.cp)
fase.cp_cv = unidades.Dimensionless(fase.cp/fase.cv)
fase.gamma = fase.cp_cv
fase.w = unidades.Speed(estado.w)
fase.rhoM = unidades.MolarDensity(fase.rho/self.M)
fase.hM = unidades.MolarEnthalpy(fase.h*self.M)
fase.sM = unidades.MolarSpecificHeat(fase.s*self.M)
fase.uM = unidades.MolarEnthalpy(fase.u*self.M)
fase.aM = unidades.MolarEnthalpy(fase.a*self.M)
fase.gM = unidades.MolarEnthalpy(fase.g*self.M)
fase.cvM = unidades.MolarSpecificHeat(fase.cv*self.M)
fase.cpM = unidades.MolarSpecificHeat(fase.cp*self.M)
fase.mu = unidades.Viscosity(estado.mu)
fase.nu = unidades.Diffusivity(fase.mu/fase.rho)
fase.k = unidades.ThermalConductivity(estado.k)
fase.alfa = unidades.Diffusivity(fase.k/fase.rho/fase.cp)
fase.epsilon = unidades.Dimensionless(
iapws._Dielectric(estado.rho, self.T))
fase.Prandt = unidades.Dimensionless(estado.mu*estado.cp/estado.k)
fase.n = unidades.Dimensionless(
iapws._Refractive(fase.rho, self.T, self.kwargs["l"]))
fase.alfav = unidades.InvTemperature(estado.deriv("Tpv")/fase.v)
fase.kappa = unidades.InvPressure(-estado.deriv("pTv")/fase.v)
fase.kappas = unidades.InvPressure(
-1/fase.v*self.derivative("v", "P", "s", fase))
fase.joule = unidades.TemperaturePressure(estado.deriv("Tph"))
fase.deltat = unidades.EnthalpyPressure(estado.deriv("pTh"))
fase.alfap = unidades.Density(fase.alfav/self.P/fase.kappa)
fase.betap = unidades.Density(-1/self.P*estado.deriv("vTp"))
fase.fraccion = [1]
fase.fraccion_masica = [1]
if __name__ == '__main__':
fluido = Freesteam(T=373.15, x=1)
print(fluido.h.kJkg, fluido.P)
