混合工質(zhì)熱物性推算新方法及PVTx測試研究.pdf

1、根據(jù)蒙特利爾協(xié)議書及相關(guān)修正案規(guī)定，在制冷系統(tǒng)中被大量使用的氯氟烴CFCs和含氫氯氟烴HCFCs因破壞大氣臭氧層將逐漸被淘汰，因此尋找新型綠色環(huán)保替代工質(zhì)的任務(wù)十分迫切。無臭氧破壞作用的氫氟烴HFCs和烷烴(HCs)是很有前景的替代工質(zhì)。但是很難找到制冷性能優(yōu)異而環(huán)保的純工質(zhì)，而混合工質(zhì)因通過組分的選配和調(diào)節(jié)其分率，有可能配制出熱力學(xué)和制冷性能合符要求的環(huán)保型工質(zhì)，所以近年成為研究的熱點；混合工質(zhì)的氣液相平衡(VLE)性質(zhì)是制冷、熱泵循

2、環(huán)的熱力分析及組分優(yōu)化最基本的參數(shù)，因而開展混合物VLE實驗研究非常重要，同時由于混合物VLE的實驗測量難度和工作量比純工質(zhì)都大很多，影響混合工質(zhì)物性的因素比純工質(zhì)多，因此開展高精度的混合工質(zhì)VLE理論推算方法，不僅有重要的學(xué)術(shù)價值，也有重要工程應(yīng)用意義。 本文主要用對比念推算法和狀態(tài)方程法，開展了針對HFC/HFCs、HFC/HCs和HC/HCs類混合制冷工質(zhì)氣液相平衡理論研究；針對一種有希望替代R22的五氟乙烷/異丁烷(HF

3、C-125/HC-600a)二元混合制冷工質(zhì)，開展了VLE實驗和理論研究；利用MBWR狀態(tài)方程結(jié)合Lemmon-Jacobsen模型開發(fā)了制冷劑熱物性計算程序，計算了RMA(R125/R600a質(zhì)量混合比：50/50％)的熱力學(xué)性質(zhì)。 推導(dǎo)了多元混合工質(zhì)泡點壓力和露點壓力修正方程，利用等對比念原理計算混合物的熱物性參數(shù)，把等溫適用的道爾頓分壓定律發(fā)展到等對比態(tài)溫度適用的溶液平均蒸氣壓分壓定律，將混合制冷工質(zhì)泡點壓力和露點壓力的推

4、算擴展到混合工質(zhì)的臨界區(qū)。 根據(jù)對比態(tài)原理，提出了新的混合工質(zhì)的對比溫度和對比熱物性參數(shù)定義式，即以特征差值作為對比特征量。發(fā)現(xiàn)混合制冷工質(zhì)的各飽和對比熱力學(xué)性質(zhì)與對比溫度的關(guān)系和其組分純工質(zhì)的相應(yīng)對比關(guān)系非常一致，從而給出了混合制冷工質(zhì)的飽和氣液焓、密度、熵與蒸發(fā)潛熱的通用對比方程。介紹了適用于不同條件下確定混合制冷工質(zhì)特征量的三種方法，其中方法(3)通過線性串連式、并聯(lián)式和線性修正式，給出了使用純組分工質(zhì)的特征參數(shù)計算混合制

5、冷工質(zhì)特征參數(shù)的方法。最后利用通用對比方程和特征參數(shù)計算了五種混合制冷工質(zhì)的各飽和參數(shù)，計算值與文獻(xiàn)值精確吻合。 在收集大量HFC/HFCs、HFC/HCs和HC/HCs三類混合物的VLE實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合Peng-Robinson(PR)方程和van-der-Waals(vdW)混合規(guī)則關(guān)聯(lián)計算三類混合物的VLE數(shù)據(jù)，提供了39種二元混合物的交互作用系數(shù)k<,ij>。 在研究混合工質(zhì)狀態(tài)方程法時，提出純工質(zhì)都對應(yīng)存

6、在自身的混合因子k<,i>，混合物交互作用系數(shù)的k<,ij>可以由純組分的混合因子k<,i>計算，經(jīng)分析確立了由混合因子差值法計算k<,ij>的模式。并通過最小二乘法給出了10種HFCs土質(zhì)(HFC23，HFC32，HFC125，HFC134a，HFC143a，HFC152a，HFC227ea，HFC236ea，HFC236fa和HFC245fa)和3種HCs工質(zhì)(HC290，HC600a和HC600)的混合因子k<,i>。進而使用交互

7、系數(shù)差值模型近似給出78種HFC/HFCs、HFC/HCs和HC/HCs三類混合物的二元交互作用系數(shù)k<,ij>。 在已有制冷工質(zhì)PVT實驗系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，完善了混合制冷工質(zhì)PVTx實驗系統(tǒng)，提出了一個測量二元混合工質(zhì)氣液相平衡數(shù)據(jù)的近似組分修正方法。測試給出了溫度范圍為243．15K～333．15K的R410A、R125/R600a和R143a/R227ea的VLE數(shù)據(jù)，當(dāng)前文獻(xiàn)中R125/R600a只有293．15K、303．

8、15K和313.15K三個溫度點數(shù)據(jù)，而R143a/R227ea沒有數(shù)據(jù)。 使用狀態(tài)方程法對R125/R600a二元漉合物的VLE數(shù)據(jù)進行了關(guān)聯(lián)計算，得到不同溫度下的二元交互作用系數(shù)k<,12>并計算了R125/R600a二元混合物的壓力和氣相摩爾分?jǐn)?shù)。壓力和氣相摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)聯(lián)計算結(jié)果與本文實驗值和文獻(xiàn)實驗值比較吻合。二元交互作用系數(shù)k<,12>被關(guān)聯(lián)成與溫度成反比的關(guān)系式。 基于制冷劑物性計算軟件REFPROP 7．0

9、，結(jié)合MBWR方程、Lemmon-Jacobsen混合模型開發(fā)了制冷劑熱物性計算程序，計算了RMA(R125/R600a，質(zhì)量混合比：50/50％)混合工質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)，并給出了其壓焓圖(p-h)、溫熵圖(T-s)和比定壓熱容圖(c<,p>-T)及飽和性質(zhì)表。與對比態(tài)方法計算的RMA飽和性質(zhì)數(shù)據(jù)比較，兩者基本吻合。 最后分析了RMA的制冷、熱泵循環(huán)性能，RMA除了有ODP值為0、GWP值較低等性質(zhì)外，還具有與R22相當(dāng)?shù)膲嚎s比和