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PPCalculation 物性计算说明

本文档用于说明当前工程中 PPC 物性计算 的整体数据流、输入输出、单位约定、关键规则，以及 REFPROP 调用链路，便于后续维护与复用。

1. 代码入口与职责边界

• 入口服务：CapMachine.Wpf.Services.PPCService

  • 负责：
    • 从 TagManager 读取实时数据（压力、温度、功率、流量、转速等）。
    • 调用物性计算器（Calculator）完成计算。
    • 将结果写回 Tag（干度、过热/过冷、Qh/Qc、COP、效率等）。
    • 负责 REFPROP 初始化（SETPATH/SETUP）与全局串行化锁。
  • 不负责：
    • 具体的热力性质求解细节（已下沉到 Calculator）。

• 干度计算器：CapMachine.Wpf.PPCalculation.EnthalpyDrynessCalculator

  • 职责：基于“加权混合焓 + 吸气压力下饱和焓差”的方法，计算干度。

• 六参数计算器：CapMachine.Wpf.PPCalculation.ThermodynamicSixResultsCalculator

  • 职责：计算六个核心性能/效率结果：
    • Qc、Qh、COPc、COPh、ηs、ηv
  • 内部封装 REFPROP 计算链路、单位换算、以及关键规则（如 h3 的 Tsat-10°C）。

2. 单位约定（非常重要）

2.1 Tag 输入单位（来自 PLC/界面）

• 压力：BarA
• 温度：℃
• 功率：W（HV[W]）
• 冷媒总流量：kg/h
• 转速：rpm
• 排量：cc（cm³/rev）

2.2 REFPROP 常用单位（在 Calculator 内部处理）

REFPROP 不同接口参数单位不完全一致，工程中统一由 Calculator 进行换算。

• 温度：K
• 压力：常见为 kPa（例如 SATP/TPRHO 采用 kPa）
• 摩尔密度：mol/L
• 焓：J/mol（THERM 输出），最终换算为 kJ/kg
• 熵：J/(mol·K)（THERM 输出），最终换算为 kJ/(kg·K)

典型换算：

• BarA -> MPa：乘 0.1
• MPa -> kPa：乘 1000
• ℃ -> K：加 273.15
• J/mol -> kJ/kg：(J/mol) / (kg/mol) * 0.001

3. 运行周期与整体数据流

PPCService.RtScanDeviceStart() 周期性执行（约 100ms 一次），主要步骤：

1. REFPROP 幂等初始化（第一次进入或未初始化时）

   • 调用 EnsureRefpropInitialized()
   • 内部在 _refpropLock 下执行：
     • SETPATHdll 设置流体库路径
     • SETUPdll 载入工质（当前默认 R134A.FLD）

2. 过热度/过冷度计算（当前仍在服务内直接调用 SATP）

   • 吸气侧：由吸气压力求 Tsat，与吸气温度做差得到过热度
   • 膨胀阀前侧：由膨胀阀前压力求 Tsat，与膨胀阀前温度做差得到过冷度

3. 干度计算（调用 EnthalpyDrynessCalculator）

   • 读取：
     • 气路阀前压力/温度（GasPreValve P/T）
     • 膨胀阀前压力/温度（TxvFr P/T）
     • 吸气压力（InhP）
     • 冷媒总流量（VRV）
     • 液体流量（LiqRefFlow）
   • 当前实现中：润滑油流量 lubeFlowKgPerH 固定为 0.0（不参与干度计算）。
   • 输出：
     • Dryness1 写入 干度[%] Tag（*100）
     • Dryness2 写入 PPCService.DrynessTag2Value（*100，用于界面绑定）

4. 六参数计算（调用 ThermodynamicSixResultsCalculator.TryCalculate）

   • 读取输入：
     • 吸气 P/T（BarA/℃）
     • 排气 P/T（BarA/℃）
     • 膨胀阀前 P/T（BarA/℃）
     • 冷媒总流量（kg/h）
     • HV 功率（W）
     • 转速（rpm）
     • 排量（cc）
   • 输出写回：
     • 制热量Qh[W]（kW * 1000）
     • 制冷量Qc[W]（kW * 1000）
     • 压缩机性能系数(制热)（COPh）
     • 压缩机性能系数(制冷)（COPc）
     • 等熵效率ns[%]
     • 容积效率nv[%]

4. 干度计算（EnthalpyDrynessCalculator）概要

4.1 输入

• GasPreValvePressBarA
• GasPreValveTempC
• TxvFrPressBarA
• TxvFrTempC
• InhPressBarA
• VrvFlowKgPerH
• LiqRefFlowKgPerH
• LubeFlowKgPerH（当前传 0）

4.2 核心思路

1. 分别求取：
   • 气路阀前气相焓 h_vap
   • 膨胀阀前液相焓 h_liq
2. 由总流量与液体流量推算气体流量，按质量流量计算混合焓 h_mix。
3. 由吸气压力求饱和液/饱和气焓：h_satL、h_satV。
4. 干度：

x = (h_mix - h_satL) / (h_satV - h_satL)

并进行必要的边界处理（除零、NaN、限幅等由 Calculator 内实现）。

5. 六参数计算（ThermodynamicSixResultsCalculator）概要

5.1 输出结果

• Qc：制冷量（kW）
• Qh：制热量（kW）
• COPc：制冷 COP
• COPh：制热 COP
• ηs：等熵效率（%）
• ηv：容积效率（%）

5.2 h3（液路阀前/冷凝出口）关键规则：Tsat-10°C

该规则已封装在 ThermodynamicSixResultsCalculator 内部：

• 由排气压力计算饱和温度 Tsat_discharge
• 取 T_for_h3 = Tsat_discharge - 10°C
• 用 TxvFrPress 与 T_for_h3 求液体点焓 h3

注意：这是为了对齐现场 LabVIEW 流程/截图对比，属于业务约束。

5.3 典型计算链路（概念级）

• h1/s1：吸气点（由吸气 P/T 求物性）
• h2：排气点（由排气 P/T 求物性）
• h2s：等熵压缩出口点（由排气压力 + s1 求物性）
• h3：液体点（由 TxvFrPress + (Tsat(DischargePress)-10°C) 求物性）

由焓差与质量流量计算 Qc/Qh，并结合功率得到 COP。

6. REFPROP 初始化与线程安全

• PPCService 内使用静态锁：_refpropLock
• 原因：REFPROP Fortran DLL 内部通常存在全局状态/非线程安全调用。
• 约束：
  • EnsureRefpropInitialized() 必须在锁内进行。
  • 所有直接 REFPROP 原生调用也必须串行化。

Calculator 内部同样通过外部传入的锁对象串行化 REFPROP 调用。

7. 结果写回约定

• DrynessTag：按百分比写回（x * 100）。
• DrynessTag2Value：按百分比用于界面绑定（x * 100）。
• Qh/Qc：Tag 单位为 W，Calculator 输出为 kW，写回时乘 1000。

8. 扩展/维护建议

• 如后续希望让 PPCService 更纯粹：
  • 可将过热度/过冷度计算也下沉到独立 Calculator（避免在 Service 里直接调用 SATP）。
• 工质切换：
  • 当前 EnsureRefpropInitialized() 默认只加载 R134A.FLD。
  • 若要支持 R1234yf 等，需要根据配置选择对应 .FLD 文件。