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pix Lehrstuhl für Thermodynamik
Emeritus: Prof. Dr.-Ing. W. Wagner





 
 

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Software  » FLUIDCAL
pix pix Software FLUIDCAL zur Berechnung von thermodynamischen Eigenschaften für eine große Anzahl von Stoffen

Zur Berechnung von Werten thermodynamischer Eigenschaften aus Zustandsgleichungen (in der heute üblichen Form als Fundamentalgleichung der freien Energie) für wissenschaftliche und technische Anwendungen steht das Programmmodul FLUIDCAL zur Verfügung. Es ermöglicht für mehr als 70 Stoffe die Berechnung von 25 thermodynamischen Zustandsgrößen und für eine Reihe von Stoffen (siehe die Aufstellung weiter unten) auch die Berechnung der wichtigsten Transportgrößen. Als Eingangsgrößen der Berechnungen können dabei alle Kombinationen der Größen Temperatur T, Druck p, Dichte ρ, spezifische Enthalpie h und spezifische Entropie s verwendet werden.

Im Programmmodul FLUIDCAL enthaltene Stoffe

Um Software für eine möglichst große Anzahl an Stoffen anzubieten, ist das Programmmodul FLUIDCAL sowohl mit den am Lehrstuhl für Thermodynamik entwickelten Zustandsgleichungen als auch mit Gleichungen anderer Autoren erhältlich, deren Qualität geprüft wurde.

Die Qualität dieser zusätzlichen Gleichungen wurde geprüft.

Zur Zeit ist Software für die folgenden 71 Stoffe verfügbar:

Ammoniak**

Gleichung von Tillner-Roth et al. (1993)

Argon**

Gleichung von Tegeler et al. (1999)

Azeton

Gleichung von Lemmon und Span (2006)

Benzol

Gleichung von Bonsen (2002)

Butan**

Gleichung von Bücker und Wagner (2006)

Buten (1-Buten)

Gleichung von Lemmon und Ihmels (2004)

Buten
(cis-2-Buten)

Gleichung von Lemmon und Ihmels (2004)

Buten
(trans-2-Buten)

Gleichung von Lemmon und Ihmels (2004)

Chlor

Gleichung von Angus et al. (1985), Standard der IUPAC

Cyclohexan

Gleichung von Penoncello et al. (1995)

Cyclopentan

Gleichung von Bonsen (2002)

Dekan*

Gleichung von Lemmon und Span (2006)

Diethylether

Gleichung von Bonsen (2002)

Distickstoffoxid

Gleichung von Lemmon und Span (2006)

2,3-Dimethylbutan

Gleichung von Bonsen (2002)

n-Dodekan

Gleichung von Lemmon und Huber (2004)

Ethan**

Gleichung von Bücker und Wagner (2006)

Ethanol

Gleichung von Dillon und Penoncello (2004)

Ethylbenzol

Gleichung von Bonsen (2002)

Ethylen**

Gleichung von Smukala et al. (2000)

Fluor

Gleichung von de Reuck (1990), Standard der IUPAC

Helium

Gleichung von McCarty und Arp (1990)

Heptan*

Gleichung von Span und Wagner (2003)

Hexan*

Gleichung von Span und Wagner (2003)

Isobutan**

Gleichung von Bücker und Wagner (2006)

Isobutylen

Gleichung von Lemmon und Ihmels (2004)

Isohexan

Gleichung von Lemmon und Span (2006)

Isopentan

Gleichung von Lemmon und Span (2006)

Kohlendioxid**

Gleichung von Span und Wagner (1996)

Kohlenmonoxid

Gleichung von Lemmon und Span (2006)

Kohlenoxysulfid

Gleichung von Lemmon und Span (2006)

Krypton

Gleichung von Lemmon und Span (2006)

Methan**

Gleichung von Setzmann und Wagner (1991), Standard der IUPAC

Methanol

Gleichung von de Reuck und Craven (1993), Standard der IUPAC

Neon

Gleichung von Katti et al. (1986)

Neopentan

Gleichung von Lemmon und Span (2006)

Nonan*

Gleichung von Lemmon und Span (2006)

Oktan*

Gleichung von Span und Wagner (2003)

Pentan**

Gleichung von Span und Wagner (2003)

Propan**

Gleichung von Lemmon et al. (2009)

Propylbenzol

Gleichung von Bonsen (2002)

Propylen

Gleichung von Lemmon et al. (2011)

R11*

Gleichung von Marx et al. (1992)

R12*

Gleichung von Marx et al. (1992)

R22**

Gleichung von Wagner et al. (1993)

R23

Gleichung von Penoncello et al. (2000)

R32**

Gleichung von Tillner-Roth und Yokozeki (1997)

R41

Gleichung von Lemmon und Span (2006)

R113

Gleichung von Marx et al. (1992)

R116

Gleichung von Lemmon und Span (2006)

R123**

Gleichung von Younglove und McLinden (1994), Standard der IEA

R124**

Gleichung von de Vries et al. (1995), Standard der IEA

R125**

Gleichung von Piao und Noguchi (1998), Standard der IEA

R134a**

Gleichung von Tillner-Roth und Baehr (1994), Standard der IEA

R141b

Gleichung von Lemmon und Span (2006)

R142b

Gleichung von Lemmon und Span (2006)

R143a**

Gleichung von Lemmon und Jacobsen (2000), Standard der IEA

R152a**

Gleichung von Tillner-Roth (1995)

R218

Gleichung von Lemmon und Span (2006)

R227ea

Gleichung von Lemmon und Span (2006)

R245fa Gleichung von Lemmon und Span (2006)
R1234yf Gleichung von Richter et al. (2011)

Sauerstoff**

Gleichung von Schmidt und Wagner (1985), Standard der IUPAC

Schwefeldioxid

Gleichung von Lemmon und Span (2006)

Schwefelhexafluorid

Gleichung von Guder und Wagner (2009)

Schwefelwasserstoff

Gleichung von Lemmon und Span (2006)

Stickstoff**

Gleichung von Span et al. (2000)

Toluol

Gleichung von Lemmon und Span (2006)

Wasser**

Gleichung von Wagner und Pruß (2002), wissenschaftlicher Standard der IAPWS (IAPWS-95)

Wasserstoff

Gleichung von Leachmann et al. (2009)

Xenon

Gleichung von Lemmon und Span (2006)

* Für die mit einem Stern versehenen Stoffe enthält das Programmmodul FLUIDCAL auch Funktionen zur Berechnung der dynamischen und kinematischen Viskosität.

** Für die mit zwei Sternen versehenen Stoffe enthält das Programmmodul FLUIDCAL auch Funktionen zur Berechnung der dynamischen und kinematischen Viskosität sowie für die Wärmeleitfähigkeit und die Prandtl Zahl.

Eine Übersicht mit den Literaturstellen zu den jeweiligen Zustandsgleichungen ist hier zu finden. Zum Seitenanfang

Berechenbare Zustandsgrößen

T Temperatur
p Druck
ρ Dichte
h spezifische Enthalpie
s spezifische Entropie
cp isobare Wärmekapazität
cv isochore Wärmekapazität
w Schallgeschwindigkeit
u spezifische innere Energie
f spezifische freie Energie
g spezifische freie Enthalpie
f* Fugazität
(∂p/∂T)ρ partielle Ableitung des Druckes nach der Temperatur bei konstanter Dichte
(∂p/∂ρ)T partielle Ableitung des Druckes nach der Dichte bei konstanter Temperatur
(∂ρ/∂T)p partielle Ableitung der Dichte nach der Temperatur bei konstantem Druck
μ Joule-Thomson Koeffizient
δT isothermer Drosselkoeffizient
κ Isentropenexponent
B zweiter Virialkoeffizient
C dritter Virialkoeffizient
η dynamische Viskosität+
ν kinematische Viskosität+
λ Wärmeleitfähigkeit++

+ Nur für die in der weiter oben stehenden Liste mit * markierten Stoffe.

++ Nur für die in der weiter oben stehenden Liste mit ** markierten Stoffe.

Eingangsgrößen für die Berechnung

Fundamentalgleichungen der freien Energie werden als Funktion der Temperatur T und der Dichte ρ formuliert. Da für technische Berechnungen jedoch meistens andere Eingangsgrößen vorliegen, enthält das Programmmodul FLUIDCAL Funktionen, mit denen für die Eingangsgrößenkombinationen (T,p), (T,h), (T,s), (p,ρ), (ρ,h), (ρ,s), (p,h), (p,s) sowie (h,s) sowohl im homogenen Zustandsgebiet als auch im Zweiphasengebiet die jeweils fehlenden Werte für die Größen Temperatur T und Dichte ρ berechnet werden.

Für die wichtigsten Eingangsgrößenkombinationen (T,p) und (T,ρ) stehen zur Berechnung aller oben aufgelisteten Zustandsgrößen direkt entsprechende Funktionen zur Verfügung. Zur Vermeidung eines unübersichtlich großen Funktionsumfangs existieren für die anderen Kombinationen der Eingangsgrößen jeweils Funktionen zur Berechnung von T und ρ. In Verbindung mit diesen Funktionen können für alle oben aufgeführten Eingangsgrößenkombinationen die entsprechenden Zustandsgrößen berechnet werden. Im Zweiphasengebiet werden dabei für alle in diesem Bereich definierten Zustandsgrößen die Werte für den stabilen zweiphasigen Zustand ausgegeben.

Zur Berechnung von Zustandsgrößen auf der Phasengrenze flüssig – gasförmig können als Eingangsgrößen die Temperatur, der Druck oder die Dichte verwendet werden. Für die wichtigsten thermodynamischen Zustandsgrößen existieren für die Siede- und Taulinie direkte Funktionen in Abhängigkeit von der Temperatur. Alle anderen Größen können durch Kombination der Berechnung der Siede- bzw. Taudichte mit der entsprechenden Funktion für die Eingangsgrößen Temperatur und Dichte berechnet werden. Liegt als Eingangsgröße der Dampfdruck vor, lässt sich mit entsprechenden Funktionen zunächst die Siedetemperatur sowie die Siede- und Taudichte berechnen. Mit diesen Größen ist wiederum unter Verwendung der Funktionen für die Eingangsgrößen Temperatur und Dichte die Berechnung aller Zustandsgrößen auf der Siede- und Taulinie möglich. Analog dazu kann für gegebene Werte der Siede- oder Taudichte zunächst die Siedetemperatur berechnet werden, die zusammen mit der gegebenen Dichte die Berechnung der anderen Zustandsgrößen ermöglicht.

Das Programm FLUIDCAL zur Berechnung thermodynamischer Zustandsgrößen

Zur Einbindung von Fundamentalgleichungen in benutzerspezifische Anwendungen enthält das Programm FLUIDCAL eine Dynamic Link Library (DLL). Die DLL enthält mehr als 60 Funktionen, die die Berechnung aller oben aufgelisteten Zustandsgrößen im homogenen Zustandsgebiet, im Zweiphasengebiet (falls thermodynamisch sinnvoll) sowie entlang der Siede- und Taulinie für alle Kombinationen der Eingangsgrößen T, p, ρ, h und s erlauben. Der Aufruf erfolgt über einfache Funktionsnamen, die Angaben über die zu berechnenden Größen und die Eingangsgrößen enthalten. So steht zum Beispiel zur Berechnung der Dichte ρ für gegebene Werte der Temperatur T und des Druckes p die Funktion DOTP zur Verfügung.

Zusätzlich zur DLL wird eine Add-In-Datei mitgeliefert, die die einfache Einbindung der DLL unter Microsoft Excel ermöglicht. Wie im folgenden Bild am Beispiel der Funktion HOTP(T,P,SUBNR) zur Berechnung der Enthalpie für gegebene Werte der Temperatur und des Druckes gezeigt, können mit diesem Add-In die benötigten Zustandsgrößen unter Excel direkt durch Aufruf des entsprechenden Funktionsnamens berechnet werden. Zusätzlich zu den Eingangsgrößen T und p muss eine Substanznummer übergeben werden (in diesem Fall steht die Substanznummer 1 für den Stoff Methan).

Eine ebenfalls im Paket enthaltene .LIB Datei erlaubt die einfache Einbindung der DLL in benutzerspezifische Fortran-, und C Programme sowie Visual Basic.

Alle Funktionen, die aus der DLL aufgerufen werden können, sind in einer Beschreibung der Software (MANUAL.PDF) ausführlich dokumentiert.

Aufruf von Funktionnen aus einer DLL mit einem Add-Inn für Excel für das Programm FLUIDCAL.

Das Programm FLUIDCAL ist für jeden der oben aufgelisteten Stoffe in beliebigen Kombinationen für eine frei wählbare Anzahl von Stoffen verfügbar.

Die Software FLUIDCAL ist nicht kostenlos (Ausnahme für Hochschulen: Die Software für Wasser entsprechend der IAPWS-95 sofern es für reine Lehr- und Forschungszwecke eingesetzt wird. Informationen zu einem kostenlosen Download für Universitäten finden Sie hier).
Die Software FLUIDCAL wird von der Firma F.I.R.S.T. GmbH vertrieben, siehe unten. Die Software ist jedoch auch vom Lehrstuhl für Thermodynamik erhältlich.

Das interaktive Programm ThermoFluids

Für Anwender, die nur gelegentlich Werte thermodynamischer Zustandsgrößen benötigen, wurde basierend auf dem Programmmodul FLUIDCAL das interaktive PC-Programm ThermoFluids entwickelt. Informationen dazu finden Sie hier.


Ansprechpartner:

Prof. em. Dr.-Ing. W. Wagner

Tel.: +49 (0)234 32-29033

Fax: +49 (0)234 32-14945

E-Mail: wagner@thermo.rub.de 

Kontakt zur F.I.R.S.T. GmbH:

F.I.R.S.T. - Gesellschaft für technisch-wissenschaftliche Softwareanwendungen mbH
Telegrafenstr. 11
42929 Wermelskirchen

Telefon: +49 (2196) 88 778 0

E-Mail:
Info@FIRSTGmbH.de
Sales@FIRSTGmbH.de

Homepage: www.FirstGmbH.de

 
 
 
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