三氟碘甲烷作为冰箱制冷剂的理论循环分析_0.docVIP

三氟碘甲烷作为冰箱制冷剂的理论循环分析 王怀信 张宇 郑臣明 马利敏 摘要：通过对环保工质三氟碘甲烷(ＣＦ3Ｉ)的饱和蒸汽压曲线、冰箱名义工况和变工况下循环性能等三方面的 理论 分析 ,发现ＣＦ3Ｉ和ＣＦ3Ｉ的摩尔组成在50%-65%范围的ＣＦ3Ｉ/ＨＣ290混合工质,理论循环性能与ＣＦＣ12接近,具有作为冰箱中ＣＦＣ12灌注式替代物的潜力。 关键词：工程热物理 冰箱制冷剂 理论循环分析 ＣＦ3Ｉ ＣＦ3Ｉ/ＨＣ290 1　引言 　　冰箱制冷剂ＣＦＣ12的现有替代物主要有ＨＦＣ134ａ、ＨＣ600ａ和ＨＦＣ152ａ/ＨＣＦＣ22,它们分别在加工工艺、可燃性、环保和热工性能方面存在缺陷[1,2],寻求新型环保节能的冰箱工质仍是人们 研究 的方向。 　　三氟碘甲烷(ＣＦ3Ｉ)是作为哈龙替代物而开发的新型灭火剂,其臭氧层破坏势(ＯＤＰ)为0,20年的全球变暖势(ＧＷＰ)低于5,不燃,油溶性和材料相容性很好[3],饱和蒸汽压曲线与ＣＦＣ12相近,具备了作为冰箱制冷剂的前提条件(至于毒性 目前 还没有定论[3,4])。关于ＣＦ3Ｉ的热物性,只有 文献 [3]进行了较为系统的研究,目前还缺乏适用于汽液两相区的状态方程;ＣＦ3Ｉ在冰箱工况下的循环性能,还没有被系统地分析。根据文献[3]的ＰＶＴ实验数据,确定同时适用于ＣＦ3Ｉ汽液两相的ＰＴ方程;并在此基础上,对ＣＦ3Ｉ在冰箱工况下的循环性能进行系统地理论分析,旨在考察其作为冰箱制冷剂的可能性。 　　2　理论循环分析的工具 　　2.1ＰＴ状态方程两参数Ｆ、ζｃ的求解 　　ＰＴ状态方程[5]的具体形式为: 　　 (1) 　　 (2) 　　 (3) 　　 (4) 　　 (5) 　　 (6) 　　 (7) 　　而是方程(8) 的最小正根。 　　 (8) 　　式中,Ｒ为工质的通用气体常数,Ｔｒ=Ｔ/Ｔｃ。确定ＰＴ状态方程需要具体物质的四个参数:临界压力Ｐｃ、临界温度Ｔｃ、虚拟压缩因子ζｃ、斜率Ｆ。对于ＣＦ3Ｉ,文献[3]给出其Ｐｃ=3.953ＭＰａ,Ｔｃ=396.44Ｋ[3]。ζｃ、Ｆ的求解 方法 如下:(1)选取ｎ个饱和液相数据点(Ｔ、Ｐ、ρＬ)ｉ　(ｉ=1,…,ｎ);(2)假设一个ζｃ初值;(3)由式(6)、(7)、(8)求出Ωａ、Ωｂ、Ωｃ,代入式(4)、(5)求得ｂ、ｃ; 　　(4)由汽液平衡条件ｆＬ=ｆＶ,输入某数据点ｉ的(Ｔ、Ｐ)ｉ,由式(1)、(2)求出αｉ;(5)由ｎ个数据点的(Ｔｉ,αｉ)用最小二乘法拟合式(3),求出Ｆ;(6)由ζｃ和已求出的Ωａ,Ωｂ,Ωｃ,Ｆ,根据方程(1) ～(2)和汽液平衡条件 计算 各点的与的相对误差，以及个数据点的平均相对误差； 　　(7)以一定的步长改变ζｃ,重复步骤(3)-(6)。选取最小ＥＹＬ所对应的ζｃ、Ｆ作为ＰＴ方程的参数。 　　文献[3]给出了ＣＦ3Ｉ在301Ｋ-Ｔｃ范围内的25个饱和液相密度点,其中3个数据点是为了确定临界点而测的;把这3个数据点当作一个临界点对待,选取其余22个数据点按照上面的步骤求解得到ＣＦ3Ｉ的Ｆ=0.6514、ζｃ=0.3105。转贴于论文联盟 　　2.2　ＰＴ状态方程精度的验证 　　为了检验如上确定的适用于ＣＦ3Ｉ的ＰＴ方程的 计算 精度,以该方程对ＣＦ3Ｉ的饱和液密度、饱和蒸汽压、气相区ＰＶＴ性质进行了计算,并与 文献 [3]的实验数据进行了对比。对比实验数据为Ｔ0.9Ｔｃ(即Ｔ356.80Ｋ)范围内的13个饱和液相点、22个饱和蒸汽压点和ＴＴｃ内77组气相区数据。结果表明,饱和液密度、饱和蒸汽压、气相区密度的最大相对误差分别为2.94%、0.42%、5.87%,平均相对误差分别为1.54%、0.25%、2.17%。相对误差、平均相对误差计算式分别为 　　 （9） 　　 （10） 　　式中,Ｘ-所要比较的物理量,ｃａｌ-ＰＴ方程的计算值,ｅｘｐ-实验值,ｎ-数据点的个数。 　　冰箱的名义工况为蒸发温度ｔｅｖａｐ=-23.3,冷凝温度ｔｃｏｎ=54.4,吸气温度、过冷温度32.2[6],处于上述温度区间。可见,确定的适用于ＣＦ3Ｉ的ＰＴ方程,能够用于对ＣＦ3Ｉ的冰箱循环性能 分析 计算,而且精度良好。 　　3　ＣＦ3Ｉ蒸汽压曲线的分析 　　从热力学角度看,替代制冷剂最好具有与原制冷剂相似的蒸汽压曲线[7]。图1为几种工质的蒸汽压对比,其中ＣＦ3Ｉ的蒸汽压方程为[3] 　　 （11） 　　式中, 　　Ａ1=-7.204825,Ａ2=1.393833,Ａ3=-1.568372,Ａ4=-5.776895,适用范围243Ｋ～Ｔｃ;其它制冷剂的蒸汽压数据来自ＡＳＨＡＲＥ[8]。 　　 　　由图1可见,在冰箱名义工况的温度区间内,ＨＦＣ152ａ/ＨＣＦＣ22、ＨＦＣ134ａ的蒸汽压曲线与ＣＦＣ12吻合得很好;ＨＣ29