БФЛ — библиотека физических величин¶
Библиотека физических величин (БФЛ) — программный пакет и база данных, разработанные в России для автоматизации расчётов теплофизических и физико-химических свойств веществ. БФЛ представляет собой набор алгоритмов и справочных таблиц, позволяющих вычислять энтропию, энтальпию, теплоёмкость, вязкость, теплопроводность и другие параметры для сотен веществ в широком диапазоне температур и давлений. Пакет широко применяется в теплоэнергетике, химической технологии, атомной энергетике и научных исследованиях.
¶История создания
Разработка БФЛ началась в 1970-х годах в Институте атомной энергии имени И. В. Курчатова (с 1992 года — Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»). Инициатором и руководителем работ выступил физик-теплофизик Виктор Павлович Пряхин, который с 1970-х годов возглавлял группу по созданию автоматизированных справочных систем теплофизических свойств.
Первоначально задача состояла в обеспечении расчётов для атомной энергетики: требовались точные данные о свойствах воды, пара, теплоносителей, продуктов деления и конструкционных материалов. Ручной поиск данных в печатных справочниках занимал много времени и приводил к ошибкам, поэтому была поставлена цель создать единую электронную базу с интерфейсом для инженерных расчётов.
К началу 1980-х годов БФЛ обрела вид специализированной программной системы, а в 1990-е годы пакет получил распространение и за пределами России — в странах СНГ, Восточной Европы и Азии. С 2000-х годов развитие БФЛ продолжается под эгидой Объединённого института высоких температур РАН (ОИВТ РАН) и Курчатовского института.
¶Состав и структура
БФЛ состоит из нескольких взаимосвязанных модулей:
- База данных — хранит справочные значения и коэффициенты уравнений состояния для数百 веществ: элементов, неорганических и органических соединений, многокомпонентных смесей.
- Библиотека подпрограмм — набор вычислительных процедур на языках Fortran и C, реализующих уравнения состояния и корреляции для расчёта свойств.
- Интерфейсные модули — обеспечивают доступ к библиотеке из пользовательских программ, в том числе через динамические библиотеки (DLL) и программные интерфейсы.
- Программы-оболочки — диалоговые утилиты для расчёта свойств одного или нескольких веществ по заданным параметрам (температура, давление, состав).
Основу вычислений составляют уравнения состояния различного типа: уравнения Бенедикта — Уэбба — Рубина, Пенга — Робинсона, Нистра — Саймонса, а также полиномиальные корреляции для теплоёмкости, вязкости и теплопроводности.
¶Охват веществ
Библиотека физических величин охватывает свойства более чем 600 индивидуальных веществ и свыше 100 многокомпонентных смесей. Среди индивидуальных веществ присутствуют:
- простые вещества (водород, кислород, азот, гелий, аргон, натрий, калий, ртуть и другие);
- неорганические соединения (вода, аммиак, диоксид углерода, сероводород, фтороводород);
- органические вещества (алканы, ароматические углеводороды, спирты, фреоны);
- продукты деления и актиниды (изотопы урана, плутония, цезий-137, стронций-90, йод-131);
- расплавы солей и жидкие металлы.
Для каждого вещества определён набор вычисляемых свойств: энтропия, энтальпия, изобарная и изохорная теплоёмкости, плотность, удельный объём, скорость звука, вязкость, теплопроводность, поверхностное натяжение, критические параметры.
¶Область применения
БФЛ применяется в расчётах, связанных с проектированием и эксплуатацией теплоэнергетического оборудования:
- тепловые расчёты реакторов и парогенераторов атомных электростанций;
- моделирование аварийных ситуаций (разгерметизация контура, расплавление активной зоны);
- расчёт циклов тепловых электростанций;
- проектирование теплообменного оборудования в химической и нефтехимической промышленности;
- научные исследования в области теплообмена и теплофизики.
Библиотека встроена в ряд отечественных кодов расчёта безопасностного анализа АЭС, таких как КОД (Комплекс оценки дефектов) и другие программы, используемые при обосновании безопасности.
¶Развитие и современное состояние
С 2000-х годов ведётся работа по расширению базы данных, повышению точности корреляций и переносу библиотеки на современные платформы. Поддерживаются версии для операционных систем Windows и Linux, разрабатываются программные интерфейсы для интеграции с системами компьютерного моделирования.
Совместно с Международным агентством по атомной энергии (МАГАТЭ) проводится сверка данных БФЛ с международными справочными базами, такими как IAPWS (International Association for the Properties of Water and Steam) и REFPROP (США). Ряд уравнений состояния, реализованных в БФЛ, соответствует стандартам IAPWS для воды и водяного пара.
¶Источники
- Пряхин В. П., Смирнов В. Е. Библиотека физических величин (БФЛ): справочник. — М.: ИздАТ, 2003.
- Смирнов В. Е., Пряхин В. П. Теплофизические свойства веществ в инженерных расчётах. — М.: ИздАТ.
- Материалы Объединённого института высоких температур РАН по теплофизическим свойствам веществ.
- Сборники трудов Курчатовского института по автоматизированным справочным системам.