ตารางไอน้ำ (Steam Tables — IAPWS-IF97)

1. มาตรฐาน IAPWS-IF97

IAPWS-IF97 (Industrial Formulation 1997) คือมาตรฐานอุตสาหกรรมสำหรับคุณสมบัติ เทอร์โมไดนามิกส์ของน้ำและไอน้ำ. กำหนดโดย International Association for the Properties of Water and Steam. ใช้เป็น reference ในซอฟต์แวร์ power-plant, boiler, turbine และในการคำนวณ heat-rate / efficiency.

เครื่องมือคำนวณนี้ใช้ Regions 1, 2, 4 ของ IF-97:

• Region 1 — Compressed (subcooled) liquid: 273.15 K ≤ T ≤ 623.15 K, Psat(T) ≤ P ≤ 100 MPa
• Region 2 — Superheated steam: 273.15 K ≤ T ≤ 1073.15 K, 0 < P ≤ 100 MPa
• Region 4 — Saturation curve: 273.15 K ≤ T ≤ T_c = 647.096 K

ส่วน Region 3 (near-critical) และ Region 5 (high-T steam > 800°C) ไม่ได้นำมาใช้ในเครื่องมือคำนวณนี้ — เป็น use case ที่หายากสำหรับงานวิศวกรรมปกติ.

2. ความหมายของแต่ละค่าคุณสมบัติ

• h (specific enthalpy) — พลังงานต่อหน่วยมวล รวม internal energy + flow work (Pv). ใช้ในสมการพลังงาน steady-flow: q = Δh, w = Δh สำหรับ adiabatic turbine.
• s (specific entropy) — ใช้ในการตรวจ second-law (ไม่ลดลงใน adiabatic process), หา isentropic exit state, คำนวณ availability/exergy.
• v (specific volume) — ปริมาตรต่อมวล. v_f สำหรับ liquid ≈ 0.001 m³/kg; v_g สำหรับ vapor ขึ้นกับ T, P.
• u (internal energy) — h - Pv. ใช้ในกล่อง closed (no flow): Q = ΔU + W.
• Cp (isobaric specific heat) — dh/dT at constant P. สำหรับ heating duty: Q = m·Cp·ΔT.

3. การใช้งานทั่วไป

• Boiler heat duty: $\dot{Q}=\dot{m}(h_{out}-h_{in})$— feedwater ที่ T_fw → superheated steam ที่ (T_out, P_out).
• Turbine work (ideal isentropic): $w_{ideal}=h_1-h_{2s}$ที่ s_2s = s_1, P_2. Actual work ลดลงด้วย isentropic efficiency η.
• Condenser: ไอเปียกที่ x_in → saturated liquid (x = 0). Q_cond = m·hfg(P_cond).
• Throttling (isenthalpic): h_in = h_out ผ่าน valve / capillary. ใช้ใน refrigeration cycle expansion.

4. Validation

การคำนวณได้ตรวจสอบกับ reference values จาก IAPWS-IF97 release (Tables 5, 9, 35) ใน 12 จุด:

• Region 1 (compressed liquid): T = 300/500 K × P = 3/80 MPa — match ภายใน 1e-5
• Region 2 (superheated): T = 300/700 K × P = 0.0035/30 MPa — match ภายใน 1e-5
• Region 4 (saturation): T = 300/500/600 K, P = 0.1/1/10 MPa — match ภายใน 1e-5
• ตรวจความสมเหตุสมผล: Psat(100 °C) = 101.4 kPa, hg(100 °C) = 2,675.6 kJ/kg

5. ข้อจำกัด (Limitations)

• Region 3 (623.15-647.096 K, 16-100 MPa) ไม่ implemented — มีผลกระทบเฉพาะ supercritical power plant.
• Region 5 (T > 1073 K = 800°C) ไม่ implemented — เกินขีดของ industrial turbine.
• ตัวเลขที่ได้ตรงกับ IF-97 อาจห่างจาก IF-95 (NIST Webbook) ~0.5 kJ/kg ในบางจุดของ region 2 — เป็น engineering accuracy ที่กำหนดโดย IF-97.