HFCs制冷剂液体定压比热容的实验与理论研究

发布时间：2018-12-24 11:03

【摘要】：随着人类社会对于环境问题的日益重视,对于制冷剂环保性能的要求也越来越高。世界上不同的国家和地区在近几年纷纷出台了相应的政策法规,限制具有高温室效应潜能(GWP)的制冷剂的使用。而与此同时,具有低GWP的HFCs制冷剂以及极低GWP的不饱和HFCs(亦称HFOs)制冷剂则越来越受到广泛的重视,并被认为是最具有应用前景的新一代环保制冷剂。制冷剂液体定压比热容是一项重要的基础热物理性质,它与热力学能量函数直接相关,是制冷循环热力学计算的基础,也是制冷剂高精度专用状态方程建立中不可缺少的必要条件。实验是获得制冷剂液体定压比热容数据最为直接可靠的方法,但受实验条件限制,所获实验数据的温度压力范围往往有限。另一方面,定压比热容属于基础热物理性质,可以通过状态方程等方法计算得到,然而现有的HFCs制冷剂液体定压比热容的理论计算方法存在各自的不足和缺陷,无法进行高精度的预测计算。本文以常见以及具有潜力的HFCs(包括HFOs)制冷剂为对象,对其液体定压比热容进行了实验与理论研究。首先,本文搭建了一套采用惰性气体增压的准稳态量热法测量HFCs制冷剂液体定压比热容的实验系统,系统以一台Calvet式量热仪为主体,配合自行搭建的压力平衡单元,可以实现室温以上宽压力范围内的制冷剂液体定压比热容测量。经多种不同类型标准液体的定压比热容实验验证,本文所搭建的实验系统具有可靠的实验精度。在搭建的实验系统上,本文实验获得了HFC-161, HFC-152a, HFC-143a, HFC-245fa, HFC-236fa, HFC-227ea, HFO-1234yf以及HFO-1234ze(E)这8种制冷剂的液体定压比热容数据,实验温度范围为305.15 K至365.15 K,最高压力5.54 MPa,大部分的实验数据为国内外首次报道。为了工程计算的需要,通过Stepwise逐步回归的方式,将所获得的不同制冷剂液体的定压比热容数据回归成了以对比温度和对比压力为变量的经验方程,方程结构合理且回归精度高。通过将方程外推到饱和线,得到了不同制冷剂饱和液体的定压比热容。在实验数据基础上,本文基于对应状态原理,提出了一个适用于HFCs制冷剂液体定压比热容计算的半经验方程。通过将方程与现有HFCs制冷剂液体定压比热容的实验数据作对比,分析得到方程的回归计算精度为1.07%,而预测计算平均精度为1.78%,远高于现有其他预测方法的计算精度,具有很高的应用价值。最后,本文实验获得了HFC-32+HFO-1234ze(E)混合制冷剂在不同温度不同组成下的液体定压比热容数据,并将所提出的HFCs制冷剂液体定压比热容的对应状态方程应用于该混合制冷剂的计算,筛选出了最优的混合物虚拟临界参数混合规则,预测计算的平均偏差为1.39%,最大偏差不超过5%,计算精度优于该混合制冷剂的专用状态方程。此外,比较了四种常见混合制冷剂液体定压比热容采用对应状态方程与各自专用亥姆霍兹自由能状态方程的计算结果。比较结果显示两种方法计算结果的一致性很好,平均偏差0.87%,最大偏差不超过1.90%,进一步验证了本文所提出的对应状态方程应用于HFCs混合制冷剂液体定压比热容计算的可靠性。
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【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB64

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