HFCs制冷劑液體定壓比熱容的實(shí)驗(yàn)與理論研究.pdf

1、隨著人類社會對于環(huán)境問題的日益重視，對于制冷劑環(huán)保性能的要求也越來越高。世界上不同的國家和地區(qū)在近幾年紛紛出臺了相應(yīng)的政策法規(guī)，限制具有高溫室效應(yīng)潛能(GWP)的制冷劑的使用。而與此同時，具有低GWP的HFCs制冷劑以及極低GWP的不飽和HFCs(亦稱HFOs)制冷劑則越來越受到廣泛的重視，并被認(rèn)為是最具有應(yīng)用前景的新一代環(huán)保制冷劑。
　　制冷劑液體定壓比熱容是一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)熱物理性質(zhì)，它與熱力學(xué)能量函數(shù)直接相關(guān)，是制冷循環(huán)熱力學(xué)

2、計算的基礎(chǔ)，也是制冷劑高精度專用狀態(tài)方程建立中不可缺少的必要條件。實(shí)驗(yàn)是獲得制冷劑液體定壓比熱容數(shù)據(jù)最為直接可靠的方法，但受實(shí)驗(yàn)條件限制，所獲實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的溫度壓力范圍往往有限。另一方面，定壓比熱容屬于基礎(chǔ)熱物理性質(zhì)，可以通過狀態(tài)方程等方法計算得到，然而現(xiàn)有的HFCs制冷劑液體定壓比熱容的理論計算方法存在各自的不足和缺陷，無法進(jìn)行高精度的預(yù)測計算。
　　本文以常見以及具有潛力的HFCs(包括HFOs)制冷劑為對象，對其液體定壓比熱容進(jìn)

3、行了實(shí)驗(yàn)與理論研究。首先，本文搭建了一套采用惰性氣體增壓的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)量熱法測量HFCs制冷劑液體定壓比熱容的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，系統(tǒng)以一臺Calvet式量熱儀為主體，配合自行搭建的壓力平衡單元，可以實(shí)現(xiàn)室溫以上寬壓力范圍內(nèi)的制冷劑液體定壓比熱容測量。經(jīng)多種不同類型標(biāo)準(zhǔn)液體的定壓比熱容實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本文所搭建的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有可靠的實(shí)驗(yàn)精度。
　　在搭建的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上，本文實(shí)驗(yàn)獲得了 HFC-161, HFC-152a, HFC-143a, HFC-245

4、fa, HFC-236fa, HFC-227ea, HFO-1234yf以及HFO-1234ze(E)這8種制冷劑的液體定壓比熱容數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)溫度范圍為305.15 K至365.15 K，最高壓力5.54 MPa，大部分的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為國內(nèi)外首次報道。為了工程計算的需要，通過Stepwise逐步回歸的方式，將所獲得的不同制冷劑液體的定壓比熱容數(shù)據(jù)回歸成了以對比溫度和對比壓力為變量的經(jīng)驗(yàn)方程，方程結(jié)構(gòu)合理且回歸精度高。通過將方程外推到飽和線，得

5、到了不同制冷劑飽和液體的定壓比熱容。
　　在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，本文基于對應(yīng)狀態(tài)原理，提出了一個適用于HFCs制冷劑液體定壓比熱容計算的半經(jīng)驗(yàn)方程。通過將方程與現(xiàn)有HFCs制冷劑液體定壓比熱容的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作對比，分析得到方程的回歸計算精度為1.07％，而預(yù)測計算平均精度為1.78%，遠(yuǎn)高于現(xiàn)有其他預(yù)測方法的計算精度，具有很高的應(yīng)用價值。
　　最后，本文實(shí)驗(yàn)獲得了 HFC-32+HFO-1234ze(E)混合制冷劑在不同溫度不同組成

6、下的液體定壓比熱容數(shù)據(jù)，并將所提出的HFCs制冷劑液體定壓比熱容的對應(yīng)狀態(tài)方程應(yīng)用于該混合制冷劑的計算，篩選出了最優(yōu)的混合物虛擬臨界參數(shù)混合規(guī)則，預(yù)測計算的平均偏差為1.39%，最大偏差不超過5%，計算精度優(yōu)于該混合制冷劑的專用狀態(tài)方程。此外，比較了四種常見混合制冷劑液體定壓比熱容采用對應(yīng)狀態(tài)方程與各自專用亥姆霍茲自由能狀態(tài)方程的計算結(jié)果。比較結(jié)果顯示兩種方法計算結(jié)果的一致性很好，平均偏差0.87%，最大偏差不超過1.90%，進(jìn)一步驗(yàn)證