От автора:
Эта статья создана исключительно в ознакомительных целях. Представленный гидравлический калькулятор предназначен в первую очередь для оценки скорости потока и перепада давления в трубопроводах. Точный расчёт теплофизических свойств веществ (плотности, вязкости) не является основной задачей этого инструмента. Для получения высокоточных данных рекомендуется обращаться к специализированным базам (NIST REFPROP, справочники Варгафтика и др.) или вводить проверенные значения вручную.
На текущий момент гидравлический калькулятор имеет уникальное позиционирование: единственный открытый веб-калькулятор с криогенной термодинамикой и СПГ в браузере. Это узкая, но востребованная ниша.
Гидравлический калькулятор реального газа: когда идеальные формулы врут
Бывало ли у вас такое: считаете перепад давления в трубопроводе, подставляете плотность из уравнения идеального газа, а результат расходится с реальностью на десятки процентов? Особенно это заметно, когда работаешь с пропаном при 17 бар, аммиаком или водородом. Я сам не раз наступал на эти грабли, пока не сделал калькулятор, который умеет честно считать плотность с учётом сжимаемости и вязкость реального газа. Сегодня покажу его возможности, честно расскажу о минусах и дам ссылку на исходники.
Что умеет калькулятор
· Два режима: упрощённый (быстрый оценочный расчёт) и инженерный (с детальной моделью реального газа).
· 20 веществ: воздух, азот, кислород, метан, CO₂, водород (пара- и орто-пара), СПГ, гелий-4, неон, аргон, криптон, ксенон, аммиак, этан, этилен, пропан, фреон-22, вода и индустриальное масло.
· Автоматический расчёт плотности и вязкости по температуре и давлению с использованием метода Пенга-Робинсона (PR-Twu) для плотности и метода Jossi–Stiel–Thodos для вязкости. Для каждого газа зашиты критические параметры и ацентрический фактор.
· Проверка границ применимости: для газов контролируются допустимые диапазоны температуры и давления, для жидкостей – реалистичные пределы плотности и вязкости. Если вы выходите за справочные пределы, калькулятор честно предупредит.
· Поддержка разных единиц давления: Па, кПа, бар, кгс/см², psi.
· Тёмная тема и три языка: русский, английский, китайский (упрощённый). Интерфейс адаптирован под мобильные устройства и WebView.
· Сохранение отчёта в текстовый файл и кнопка «Поделиться» (корректно работает как на Android, так и в обычном браузере).
Пара слов о точности
Проверял на справочных данных NIST. Например, для метана при 34 °C и 11 бар калькулятор даёт плотность 7.06 кг/м³ (справочно 7.03 кг/м³) и кинематическую вязкость около 1.53 сСт (справочно 1.65 сСт). Для пропана при 17 бар и 50 °C плотность 38.42 кг/м³ против справочных 38.18 кг/м³. Вязкость тоже укладывается в разумные рамки. Конечно, это не NIST REFPROP, но для инженерных расчётов – железобетонно.
Ложка дёгтя
Что пока не реализовано и может быть важно:
· В режиме работы Тип среды "жидкость" вещества имеют только фиксированные свойства. Если вам нужно считать поток жидкого кислорода при давлении выше атмосферного, калькулятор не пересчитает плотность и вязкость автоматически. В таких случаях я рекомендую использовать специализированные базы данных (например, NIST REFPROP) или ввести точные значения вручную, или перейти в режим работы Тип среды "газ" (свойства сжиженного газа рассчитываются по упрощённым корреляциям).
· Нет расчёта фазовых переходов. Калькулятор работает в однофазной области, и не переключается с режима Тип среды "газ" на режим Тип среды "жидкость" или обратно, когда вещество находится на линии насыщения. Подобная смена режимов работы предусмотрена только для СПГ.
· Не поддерживаются смеси. Только чистые вещества и СПГ.
· Модель вязкости Jossi–Stiel–Thodos – хороша для газов и сверхкритических флюидов, но в жидкой фазе даёт погрешность.
Открытый исходный код
Проект живёт на GitHub:
Там вы найдёте последнюю версию HTML-файла (чистый JavaScript, без фреймворков), а также можете предложить свои улучшения или сообщить об ошибках. Код распространяется свободно, пользуйтесь на здоровье.
Как попробовать
Просто сохраните HTML-файл из репозитория и откройте в любом браузере или встройте в WebView вашего Android-приложения. Калькулятор полностью автономен, не требует интернета и работает даже при заблокированных внешних скриптах.
Можно напрямую скачайть файл app-release.apk на свой Андроид.
Ссылка на последний релиз:
Если будут вопросы, замечания или пожелания – пишите в Issues на GitHub или прям здесь в комментариях. Интересно, каких газов не хватает в первую очередь?
Понравилась статья? Нажмите Поддержать!