LNG液化流程中的热力学计算

液化天然气流程是一套比较复杂的热力学系统,由于低温特性,原料气和制冷剂在工艺过程中必然发生相变。因此,工质的热力学计算是整个流程数值模拟计算的基础。而选择合适的热力学状态方程对流程模拟的计算精度尤为重要,PR状态方程因其精度高、方程参数少、便于工程计算等诸多优点而被优先选择来求解工质相平衡问题;LKP状态方程在国内外多数文献中被认为是目前计算工质焓熵的最佳方程之一。     

R32热力学性质计算模型及其分析

提出了R32制冷剂在饱和线(-130～78℃,0.00013～5.76 MPa)范围内饱和蒸气压、液体密度等关联式的计算模型,在此基础上推导了蒸发潜热的计算模型;建立了描述饱和气体线上(-130～78℃,0.00013～5.76 MPa)及过热区(过热度为100℃)范围内描述P-v-T关系的状态方程;在上述模型的基础上推导得到了饱和气体线及过热区范围内焓、熵、比热容的计算模型。将模型计算结果与REFPROP9.0数据源、已发表的状态方程及公开实验数据对比,各关联式计算模型的平均相对偏差均小于0.16%,最大相对偏差不超过3.7%,与已有状态方程和公开数据对比偏差小于8.7%;基于状态方程和热力学关系式推导得到的焓、熵、比热容的计算模型的平均相对偏差均小于5.2%,最大相对偏差不超过9.1%。     

RKS状态方程用于制冷剂热力性质的计算

本文探讨了RKS状态方程在确定工质热力特性参数(m,n)计算中的应用,导出了数学(?)型,并为14种制冷剂确定了m,n值。计算结果表明:RKS状态方程所需原始数据少,节省机时,与ASHRAE图表数据能较好地吻合。     

新型制冷剂R134,R134—R134a及R134—R22的热力学性质

采用马丁－侯８１型方程对制冷剂Ｒ１３４、Ｒ１３４－Ｒ１３４ａ及Ｒ１３４－Ｒ２２的热力学性质进行了系统的计算，并绘制了Ｒ１３４的热力学性质图表，为Ｒ１３４在制冷业及相关领域的应用提供了依据。     

状态方程法计算热力学剩余性质的比较

文章介绍了化工热力学剩余性质和状态方程的概念,以Mathcad软件设计了三种状态方程RK、SRK、PR方程计算剩余性质的过程。结果发现采用Mathcad软件计算可以简化计算流程,快速得到结果,令初学者产生学习的信心。     

混合制冷剂R134a/R1234yf(R513A)与R134a热力学性能对比及实验

R513A是由R134a/R1234yf（质量分数比为56∶44）组成的新型环保制冷剂,其全球变暖潜能（GWP）值低,不可燃。选择混合制冷剂R513A作为研究对象,在原R134a家用电冰箱中进行制冷剂的替代实验研究。实验依据标准BS EN ISO 15502—2005中规定的工况进行,主要从降温时间、耗电量和冷冻能力三方面对R513A在电冰箱中的性能进行评估并与R134a进行对比。实验结果表明：最佳充注量下,R513A降温时间相比R134a降低21%;24h耗电量实验中相比R134a,R513A系统耗电量降低了3.5%,系统稳定运行时R513A的启停率小于R134a;冷冻能力实验中,同一工况下M包达到相同设定温度,R513A比R134a用时少约42.3min。此外在系统稳定运行时,R513A的系统排气温度低于R134a,其他参数和R134a很接近。通过对比实验可知,在未对原冰箱系统进行任何改动的情况下,R513A可以作为R134a的替代制冷剂直接充注到系统中使用。     

流体热力学性质计算的窗体化程序设计

为了解决化工热力学中流体热力学性质计算量大的问题。利用Visual Basic 600语言编写出计算流体热力学性质课件，并设计成窗体模式，本课件可用纯流体及二元混合流体、采用不同状态方程进行计算，只要将数据输入计算机，经过程序的运行就可以显示计算结果。同时本课件具有查询各种物性参数的功能。程序采用面向对象的编程技术。对流体的物性参数实行数据库操作，界面友好。使用方便。     

环保型制冷剂二氟甲烷(R32)的合成研究进展

环保型制冷剂二氟甲烷(R32)具有良好的环保性能,可替代会破坏臭氧层的氟利昂(R22)。本文研究探讨了R32的物性参数和主要合成方法,认为二氯甲烷液相氟化法原料易得,工艺简单且易于控制,反应温度低,能耗省,原料转化率、选择性高,产率高,可连续化生产,技术成熟,是工业合成R32的主要方法。     

制冷剂R1336mzz(E)液相黏度理论与实验研究

研究新型制冷剂的热物理性质是制冷剂替代工作的基础。在新型环保HFO类制冷剂中,R1336mzz（E）因其与R245fa相似的热力学性质,在高温热泵和有机朗肯循环中有希望成为R245fa的替代制冷剂。采用旋转式毛细管黏度计,测量了278 ~ 333 K温度范围内R1336mzz（E）的液相黏度,并根据四种形式的液体黏度方程对实验数据进行拟合,得到R1336mzz（E）黏度与温度的关联式。结果表明,采用修正后的非线性Andrade关联式所关联的精度最高,其关联结果与实验结果之间平均绝对偏差（AAD）和最大绝对偏差（MAD）分别为0.170 %和0.311 %。基于R1336mzz（E）于高温热泵的应用前景,通过拟合所得的四种黏度关联式对实验数据进行至临界温度（403.37 K）的外推,根据误差分析,采用修正后的非线性Andrade关联式外推得到的数据最可靠,可作为R1336mzz（E）临界温度附近的黏度数据。研究工作可以为R1336mzz（E）的替代应用研究提供基础数据。     

R236fa/R32大滑移温度混合工质的优选方法及实验验证

针对适用不同制冷工况下混合工质组成及组分的多样化选择问题,提出了对应用于双温制冷机组的大滑移温度混合工质R236fa/R32组分在冷凝温度范围为311～333K、蒸发温度范围为269～290K的优选方法。对R236fa/R32的温度随焓值非线性变化特性进行了理论研究;建立了混合制冷剂蒸发换热过程由于温度随焓值非线性变化特性产生的熵增模型,通过对混合工质不同组分高、低温蒸发器的熵增变化情况确定最佳组分。并搭建了试验台,通过实验研究得到了该混合工质不同组分下在换热器中的温度分布情况、制冷效率（COP）及压缩机功耗情况验证该优选方法的结果。研究结果表明：该熵增模型能够较好地反映该混合制冷剂不同组分的COP特性及压缩机功耗,随着R32质量分数的增加,蒸发器的熵增先增大、后减小,在R236fa/R32为4∶6时,低温蒸发段和高温蒸发段由于温度随焓值非线性变化特性产生的熵增都最小,因此为该机组的最佳组分,验证了理论分析的正确性。该方法可以为不同工况下混合工质的优选提供参考。     

三元非共沸混合制冷剂热力性质算法

为了确保计算的精确性,文中采用PRHV与Lee-Kesler-P lǒcker(LKP)模型相结合的方法计算混合工质汽液相平衡参数与焓、熵等热物理性质,即利用Huron-V idal混合规则,采用立方型PR方程和过量G ibbs自由能NRTL模型相结合的PRHV模型预测相平衡参数,在此基础上,由LKP多参数状态方程计算的焓、熵等状态参数。文中验证了这种预测方法的可靠性与准确性,此方法可作为系统循环模拟计算中相平衡及热力参数的精确计算方法。     

Solution theory model for thermophysical properties of refrigerant/lubricant mixtures

A general model for predicting the thermophysical properties of refrigerant/lubricant mixtures has been developed based on applicable theory for the excess Gibbs energy of nonideal solutions. In our approach, flexible thermodynamic forms are chosen to describe the properties of both the gas and liquid phases of refrigerant/lubricant mixtures. After an extensive study of models for describing nonideal liquid effects, the Wohl [3]‐suffix equations, which have been extensively used in the analysis of hydrocarbon mixtures, have been developed into a general form applicable to mixtures where one component is a polyolester or alkylbenzene lubricant. We have developed a nonideal solution computer code, based on the Wohl model that predicts dew point or bubble point conditions over a wide range of composition and temperature and includes the calculation of the enthalpy and entropy of refrigerant/lubricant mixtures. Our present analysis includes the thermodynamic properties of an ideal solution mixture and the corrections due to nonideal solution behavior. These nonideal solution corrections are based on analysis of the excess Gibbs energy of the mixture. We find that these nonideal solution corrections are small (<4%) for most refrigerant/lubricant mixtures, except at very low temperatures. © 2009 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 2009     

基于分布参数的管内传热和热力学

针对流体热物性参数随温度变化大或存在相变传热的管内流动问题,提出了分布参数研究方法,特点在于边界条件、物性参数、传热和阻力计算准则式等参数都实现了局部化,能够得到管内流动更加真实准确的传热和热力学特性,并以焓方程代替温度方程,统一了相变与非相变情况下的计算。以充分发展的空气圆管层流流动为例,与解析解的结果进行了对比,验证了分布参数模型的正确性。着重分析了热物性随温度变化较大的丙三醇以及湿空气中有相变发生时的管内流动的传热特性和熵产特性。本文模型不仅对研究管内流动的基本科学问题很有意义,也是研究换热器分布参数模型的基础。     

将CO2、R170和R41应用于跨临界空气源热泵热水器系统的性能对比研究

基于一套空气源热泵热水器系统,首先建立了相关的热力学参数计算模型,之后将CO₂、R170和 R41这3种制冷剂分别应用于该系统,并对跨临界循环的热力学性能及效率进行计算,最后对各性能参数进行详细对比。研究结果表明：在同样的工况下对比COP_heat和效率,R41系统分别比CO₂系统提升了31.77%和23.34%,而R170系统则提升了4.9%和3.6%;R41和R170在提升系统制热量方面也具有明显的优势;R41和R170的系统最优运行高压也比CO₂系统分别降低了35%和43%。因此,除了CO₂外,R41和R170也是另外2种很有潜力的应用于跨临界循环的制冷剂。     

自然工质R290与R22滴状凝结换热特性的对比分析

通过对自然工质R290与传统工质R22滴状凝结换热特性的对比分析得出,表面过冷度要远大于蒸气饱和温度对直接凝结长大小液滴的最小半径和临界半径的影响,过冷度越大,小液滴半径和临界半径越小,R290的小液滴半径和临界半径与R22的相比相差不大。通过R290与R22制冷工质单个液滴的传热量随着接触角的增加呈现出先增加后减小的变化趋势,存在最大值。通过单个液滴的传热量随着表面过冷度的增加而增大,随着饱和温度的升高而减小,通过R290单个液滴的传热量要明显大于通过R22单个液滴的传热量。通过R290与R22滴状凝结换热表面的热通量随接触角的变化具有最大值,存在最佳的接触角。R290滴状凝结换热的热通量要明显大于R22滴状凝结换热的热通量。     

自然工质R290管内凝结换热特性的数值模拟

对现有的管内凝结传热系数关联式分析比较,选择出合适的自然工质R290管内凝结换热计算模型,并计算得到R290管内凝结过程两相流动的流型图。通过计算并与实验值比较得到,相同工况下,预测与实验的R290凝结传热系数值相差不大。R290的凝结传热系数较R22的凝结传热系数大,并随着蒸气干度的增加差值加大,R290表现出良好的凝结换热特性。     

微尺度通道内R134a的冷凝传热实验研究

建立采用射流冲击进行制冷剂冷却的冷凝传热实验系统,对当量直径为0.63 mm矩形微尺度通道内制冷剂R134a的冷凝传热特性进行研究。实验参数范围是制冷剂干度0~1,质量流率115~290 kg/(m²·s）,饱和压力0.35~0.5 MPa,实验获得了不同工况下微尺度通道的局部冷凝传热系数,并分析了制冷剂各参数对冷凝传热的影响。实验结果表明：冷凝过程中沿制冷剂流动方向,局部冷凝传热系数会随着干度减小而减小;在一定饱和压力下,局部冷凝传热系数与局部热通量相对应;冷凝传热系数随着饱和压力减小而增大。基于实验数据,整理出适用于本实验工况下微尺度通道内R134a的冷凝传热计算公式。