如何在CoolProp生成的温熵图上叠加朗肯循环及物理相变过程？

嗨，你完全不用发愁！CoolProp可不止能用来做制冷循环，它对朗肯循环的支持也很到位～我来一步步教你把完整的朗肯循环（包括每个物理相变过程）叠加到你已经画好的Ts图上，保证还原真实的热力学过程。

先给你完整的可运行代码 #

你只需要在原来的绘图代码基础上，加上循环状态点计算和过程绘制的部分就行：

import CoolProp
from CoolProp.Plots import PropertyPlot
from CoolProp.CoolProp import PropsSI

# 初始化Ts图，和你原来的代码一致
ts_plot = PropertyPlot('Water', 'Ts')
ts_plot.calc_isolines(CoolProp.iQ, num=11)
ts_plot.calc_isolines(CoolProp.iP)
ts_plot.title(r'$T,s$ Graph for Water with Rankine Cycle')
ts_plot.xlabel(r'$s$ [kJ/kg K]')
ts_plot.ylabel(r'$T$ [K]')
ts_plot.grid()
ts_plot.set_axis_limits([0,10,273.15,800])

# ---------------------- 定义朗肯循环参数（可根据需求修改） ----------------------
P_boiler = 10e6  # 锅炉压力，单位：Pa（10MPa）
P_condenser = 0.005e6  # 凝汽器压力，单位：Pa（5kPa）
T_superheat = 823.15  # 过热蒸汽温度，单位：K（550℃）

# ---------------------- 计算朗肯循环四个状态点的热力学参数 ----------------------
# 状态1：锅炉出口，过热蒸汽（P=P_boiler，T=T_superheat）
s1 = PropsSI('S', 'P', P_boiler, 'T', T_superheat, 'Water') / 1000  # 转换为kJ/kg·K
T1 = T_superheat

# 状态2：汽轮机出口，等熵膨胀到凝汽器压力（s=s1，P=P_condenser）
s2 = s1 * 1000  # 转回J/kg·K供CoolProp计算
T2 = PropsSI('T', 'S', s2, 'P', P_condenser, 'Water')
x2 = PropsSI('Q', 'S', s2, 'P', P_condenser, 'Water')  # 干度，验证是否为湿蒸汽

# 状态3：凝汽器出口，饱和液体（P=P_condenser，x=0）
s3 = PropsSI('S', 'P', P_condenser, 'Q', 0, 'Water') / 1000
T3 = PropsSI('T', 'P', P_condenser, 'Q', 0, 'Water')

# 状态4：给水泵出口，等熵压缩到锅炉压力（s=s3，P=P_boiler）
s4 = s3 * 1000
T4 = PropsSI('T', 'S', s4, 'P', P_boiler, 'Water')

# ---------------------- 将四个状态点和过程添加到图中 ----------------------
# 定义四个状态点的坐标（s, T），单位统一为kJ/kg·K和K
points = [(s1, T1), (s2, T2), (s3, T3), (s4, T4), (s1, T1)]

# 逐个绘制循环过程，标注物理意义
ts_plot.add_process(points[0], points[1], 'isentropic', color='red', label='汽轮机等熵膨胀')
ts_plot.add_process(points[1], points[2], 'isobaric', color='blue', label='凝汽器等压放热')
ts_plot.add_process(points[2], points[3], 'isentropic', color='green', label='给水泵等熵压缩')
ts_plot.add_process(points[3], points[4], 'isobaric', color='orange', label='锅炉等压吸热')

# 显示图例和图像
ts_plot.legend()
ts_plot.show()

关键步骤拆解 #

• 循环状态点计算：
  CoolProp的PropsSI函数可以通过任意两个已知参数（比如压力+温度、压力+干度、熵+压力）计算其他热力学性质，完全满足朗肯循环的状态点需求。注意单位转换：CoolProp默认用国际单位制（J、kg、K、Pa），所以我们把熵转换为kJ/kg·K来和图的坐标轴匹配。

• 添加循环过程：
  用add_process方法，指定起始点、终点和过程类型（isentropic等熵、isobaric等压），还可以自定义颜色和标签。四个过程正好对应朗肯循环的完整路径：

  • 汽轮机等熵膨胀：过热蒸汽在汽轮机内膨胀做功，熵不变，温度和压力降低，变为湿蒸汽
  • 凝汽器等压放热：湿蒸汽在凝汽器中放出热量，凝结为饱和液体，压力和温度保持不变
  • 给水泵等熵压缩：饱和液体被给水泵加压到锅炉压力，熵不变，温度略有升高
  • 锅炉等压吸热：高压液体在锅炉中吸收热量，先变为饱和蒸汽，再过热为指定温度的蒸汽，压力不变

• 自定义调整：
  你可以随意修改P_boiler、P_condenser、T_superheat这些参数，CoolProp会自动重新计算所有状态点。如果需要更清晰的图，还可以调整过程的线宽、标记点样式等（比如在add_process里加linewidth=2）。

这样你就能得到一张带有完整朗肯循环的Ts图，完美叠加在原来的饱和线和等压线之上啦！

备注：内容来源于stack exchange，提问作者TurboCapra