R1234ze(Z)蒸气压方程

为了对第4代新型制冷剂R1234ze(Z)的热物性有更多认识,文中在公开发表的文献中,搜集了关于R1234ze(Z)的饱和蒸气压实验数据。对每组数据精度进行分析后,筛选得到140组实验数据。经过非线性拟合,获得了R1234ze(Z)的4项Wagner型蒸气压专用方程。该方程适用温度区间为283—413 K,压力区间为12—2 950 kPa。将拟合数据与该方程进行对比,其压力绝对偏差大部分在±2 kPa,相对偏差分布于±1%范围,平均绝对偏差为0.193%。对比文献数据与该方程,其压力相对偏差范围为-1%—2%,最大相对偏差为1.827%,平均绝对偏差为0.282%。因此,新方程对各组实验数据点都有很好的拟合度。根据此方程,计算得到R1234ze(Z)的标准沸点为284.751 K,偏心因子为0.325,可供物理性质的计算和工程实践的应用。     

新型制冷工质HFO-1234ze(E)蒸气压方程

为了更完善地认识新型制冷剂HFO-1234ze(E)的热物性,在公开发表的HFO-1234ze(E)饱和蒸气压实验数据的基础上,通过仔细分析各个实验数据的精确程度,筛选出一套由118组数据点组成的综合数据,经过拟合得到一系列蒸气压方程,对比各个方程对拟合数据的绝对偏差和相对偏差,得到一个适用范围较宽(232.990—380.002 K)且精度良好的四项Wanger型HFO-1234ze(E)蒸气压专用方程。该方程对拟合数据的平均相对偏差为-0.02%。同时,通过新方程计算得到HFO-1234ze(E)的正常沸点以及偏心因子,可以供物性计算和工程运用,具有较高的实际应用价值。     

新型发泡剂R1233zd(E)蒸气压方程

为了更完善地认识新型发泡剂R1233zd(E)的热物理性质,并将其应用于工程实践,文中在文献中搜集了关于R1233zd(E)的饱和蒸气压数据。通过分析每组数据的精度,筛选得到202组实验数据。在此基础上,应用进化优化算法对选取不同项数(3,4,5,6,7)的亥姆霍兹型方程进行拟合,通过比较不同项数方程的拟合偏差与方程形式,得到一个5项蒸气压方程,作为R1233zd(E)的专用方程。该方程适用范围广,同时具有很高的精度,适用温度区间为234.15—437.91 K,压力区间为7.2—3 521.00 kPa;对拟合数据的平均绝对偏差为0.283%,对不同文献数据均可以较好地复现。同时,该方程亦可用于计算R1233zd(E)正常沸点与偏心因子,具有较好的应用价值。     

R32+R1234yf+R1234ze（E）混合制冷剂气液相平衡实验研究

基于液相循环法搭建的气液相平衡实验装置,在263.15~323.15 K温度范围内,实验测量了R32+R1234yf和R1234yf+R1234ze（E）二元混合物以及R32+R1234yf+R1234ze（E）三元混合物的气液相平衡数据,利用PRSV状态方程结合WS混合法则和NRTL活度系数模型进行关联拟合,获得二元混合工质的交互参数,并在其基础上预测了三元混合工质气液相平衡性质。计算结果与实验数据对比表明,二元体系R32+R1234yf和R1234yf+R1234ze（E）的压力平均绝对偏差分别为0.71%和0.20%,气相摩尔分数平均绝对偏差均约为0.0016,三元体系R32+R1234yf+R1234ze（E）的压力平均绝对偏差为0.82%,系统组分R32和R1234yf的气相摩尔分数平均绝对偏差均约为0.007。     

R1234yf+CO_2和R1234ze (E)+CO_2二元混合物的比容平移Soave-Redlich-Kwong方程

采用温度相关比容平移项的比容平移Soave-Redlich-Kwong(VTSRK)方程计算新工质R1234yf和R1234ze(E)的热力学性质以及两种物质与CO_2的二元混合物性质,混合物计算采用van der Waals混合规则,二元交互作用系数由密度数据拟合得到。对纯净物计算与专用状态方程进行对比,VTSRK方程比SRK方程显著改善了液相密度表征效果。对混合物的密度计算结果与实验数据进行对比,对于R1234yf+CO_2二元混合体系方程与实验数据相对均方根偏差为1.17%,对于R1234ze(E)+CO_2二元混合体系相对均方根偏差为0.82%。结果显示,采用温度相关比容平移项的VTSRK方程应用于R1234yf和R1234ze(E)纯流体以及R1234yf+CO_2和R1234ze(E)+CO_2密度性质计算,可获得较高精度。     

R1234yf+CO2和R1234ze (E)+CO2二元混合物的比容平移Soave-Redlich-Kwong方程

采用温度相关比容平移项的比容平移Soave-Redlich-Kwong（VTSRK）方程计算新工质R1234yf和R1234ze（E）的热力学性质以及两种物质与CO₂的二元混合物性质,混合物计算采用van der Waals混合规则,二元交互作用系数由密度数据拟合得到。对纯净物计算与专用状态方程进行对比,VTSRK方程比SRK方程显著改善了液相密度表征效果。对混合物的密度计算结果与实验数据进行对比,对于R1234yf+CO₂二元混合体系方程与实验数据相对均方根偏差为1.17%,对于R1234ze（E）+CO₂二元混合体系相对均方根偏差为0.82%。结果显示,采用温度相关比容平移项的VTSRK方程应用于R1234yf和R1234ze（E）纯流体以及R1234yf+CO₂和R1234ze（E）+CO₂密度性质计算,可获得较高精度。     

R1234ze(E)制冷剂PC-SAFT状态方程

R1234ze(E)属于氢氟烯烃类（HFOs）物质,是一种新型替代制冷工质。为了更加精确地描述其热力学性质,以PC-SAFT状态方程为基础,利用文献公开报道的R1234ze(E)的饱和液相密度及饱和蒸气压测量数据,拟合获取到PC-SAFT状态方程的3个参数。基于MATLAB软件,实现了利用PC-SAFT状态方程计算工质的热力学性质。研究结果表明：与CPA状态方程相比,PC-SAFT状态方程在计算饱和气相密度时偏差有所增大,但是在计算饱和液体密度和单相液体密度时的精度显著提升。     

新型制冷剂R1234ze(E)水平圆管内流动沸腾换热特性

新型制冷剂R1234ze(E)(trans-1,3,3,3-tetrafluoropropene)因较低的GWP值备受制冷行业关注,有望替代R134a。在内径为8 mm水平圆管内对R1234ze(E)流动沸腾换热特性进行实验研究,并在相应实验工况下与R134a进行对比。本研究的实验工况:流动沸腾换热的饱和温度为10℃±0.5℃,热通量为5.0和10 k W·m-2,质流密度范围为300~500 kg·m~(-2)·s~(-1)。分析质流密度、热通量以及干度对R1234ze(E)和R134a饱和流动沸腾传热系数的影响。结果表明,R1234ze(E)和R134a的流动沸腾传热系数随质流密度和热通量的增大而增大;在低质流密度300 kg·m~(-2)·s~(-1)工况下,R1234ze(E)传热系数较R134a偏低14.68%左右,但随质流密度增大到500 kg·m~(-2)·s~(-1),其偏差缩小为7.35%。最后将实验结果同4种常见预估关联式进行比较,结果表明Kandlikar关联式计算结果较优,全工况范围内Kandlikar关联式对R1234ze(E)和R134a的预估值与90%的实验数据偏差在±25%以内,平均偏差分别为23.13%和11.50%,满足工程设计要求。     

新型制冷剂R1234ze(E)水平圆管内流动沸腾换热特性

新型制冷剂R1234ze(E)(trans-1,3,3,3-tetrafluoropropene)因较低的GWP值备受制冷行业关注,有望替代R134a。在内径为8mm水平圆管内对R1234ze(E)流动沸腾换热特性进行实验研究,并在相应实验工况下与R134a进行对比。本研究的实验工况:流动沸腾换热的饱和温度为10℃±0.5℃,热通量为5.0和10kW·m^-2,质流密度范围为300~500kg·m^-2·s^-1。分析质流密度、热通量以及干度对R1234ze(E)和R134a饱和流动沸腾传热系数的影响。结果表明,R1234ze(E)和R134a的流动沸腾传热系数随质流密度和热通量的增大而增大;在低质流密度300kg·m^-2·s^-1工况下,R1234ze(E)传热系数较R134a偏低14.68%左右,但随质流密度增大到500kg·m^-2·s^-1,其偏差缩小为7.35%。最后将实验结果同4种常见预估关联式进行比较,结果表明Kandlikar关联式计算结果较优,全工况范围内Kandlikar关联式对R1234ze(E)和R134a的预估值与90%的实验数据偏差在±25%以内,平均偏差分别为23.13%和11.50%,满足工程设计要求。     

HFO类工质立方型容积平移状态方程

为了更加准确地描述制冷工质纯组分的热力学行为,文中通过拟合HFO类制冷工质的热物性实验数据,回归得到立方型容积平移状态方程的2个可调参数,并将方程的2个可调参数普遍化为关于临界压缩因子的函数。对计算结果进行了分析讨论,分析立方型容积平移状态方程纯流体饱和液相密度和高压液体密度的计算精度。研究结果表明：与原始的PR状态方程和SRK状态方程相比,立方型容积平移状态方程对饱和液相密度和单相液体密度改进显著。以R1234ze(E)为例,验证了文中所建立的立方型容积平移状态方程。VTPR状态方程计算饱和液相密度的平均绝对相对偏差为1.42%,计算高压液相密度的平均绝对相对偏差为0.82%;VTSRK状态方程计算饱和液相密度的平均绝对相对偏差分别为3.58%,计算高压液相密度的平均相对偏差为2.00%。     

CFD方法修正流体液相比定压热容测量精度研究

为了提升一类快捷、高效准稳态低沸点流体液相比定压热容测量方法精度,发展了其数学物理修正模型。基于数学物理修正模型,应用计算流体动力学(CFD)方法对反式?1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))在压力1.56～4.53 MPa及温度310.15～365.15 K范围内34个点和1,1,1,2,3,3-六氟丙烷(R236fa)在压力1.48～5.41 MPa及温度315.15～365.15 K范围内32个点的液相比定压热容值进行修正。修正后R1234ze(E)比定压热容值与工程方程求解器(EES)软件计算值之间平均绝对偏差(AAD)从0.91%降至0.75%,最大绝对偏差(MAD)从3.55%减至3.22%;R236fa的AAD从3.04%降至2.66%,MAD从6.08%减至5.81%。结果表明,应用CFD方法可以有效地减小测量过程对流现象对准稳态低沸点流体液相比定压热容测量精度影响。     

R1234ze(E)在泡沫金属管内的流动沸腾换热和压降特性

泡沫金属具有超大比表面积和高热导率,将其填充于换热管内可用于制冷空调系统的强化传热。研究了R1234ze(E) 在泡沫金属管内的流动沸腾换热和压降特性。实验工况为：干度0.1~0.9,质流密度90~180 kg·m^-2?s^-1,热通量12.4~18.6 kW·m^-2。测试样件为泡沫铜填充管,孔密度为10~40 PPI、孔隙率为90%~95%。实验结果表明,R1234ze(E) 比R410A的传热系数低2%~10%,两相压降低30%~42%;当干度大于0.8时,低质流密度下泡沫金属管内传热系数随干度的增加增幅更大;泡沫金属在强化流动沸腾换热的同时,造成压降显著增加,换热影响因子的范围为1.23~2.90,压降影响因子的范围为6~45。开发了适用于R1234ze(E) 的泡沫金属管内流动沸腾换热和压降关联式,传热系数和两相压降的预测值与95%的实验值误差分别在±15%和±25%以内。     

含R1234yf混合工质汽液相平衡的混合规则评估与预测研究

含R1234yf混合工质具有系统性能优良且对环境友好的特点,在当前制冷剂迭代中受到了广泛关注。汽液相平衡性质是混合工质的基础热物理性质,其理论计算至关重要。为提高含R1234yf混合工质汽液相平衡数据的计算精度,选取PR状态方程结合vdW、WS、MHV1三种混合规则和NRTL活度系数模型评估了16种含R1234yf二元混合工质的汽液相平衡性质。结果表明,WS混合规则和MHV1混合规则计算性能优于vdW混合规则;vdW混合规则对大多数混合工质计算性能较好。最后提出一种预测模型预测含R1234yf混合工质汽液相平衡性质,预测的相对压力偏差值为0.49%,气相摩尔分数绝对偏差值为0.0031,预测偏差满足工程应用。     

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。     

碳酸二乙酯黏度和密度的实验测量及数据关联

采用振动弦黏度/密度计对碳酸二乙酯的黏度与密度进行了实验研究,测量的温度范围为263～363 K,压力范围为0.1～20 MPa。实验系统黏度和密度测量的不确定度分别为±2.0%和±0.2%。利用得到的实验数据,分别拟合了碳酸二乙酯黏度和密度方程。黏度实验数据与方程的平均绝对偏差为0.54%,最大绝对偏差为1.98%;密度实验数据与方程的平均绝对偏差为0.042%,最大绝对偏差为0.12%。最后将实验数据与文献数据进行了比较。为碳酸二乙酯作为替代燃料等研究提供了基础数据。     

三种脂肪酸甲酯音速测量与相关热物理性质推算

脂肪酸甲酯（FAMEs）是生物燃料的重要成分,为了获取它们的热物理性质数据,利用布里渊散射法测量了3种脂肪酸甲酯常压下的音速,测量温度范围为293.15~423.15 K（己酸甲酯）、293.15~443.15 K（庚酸甲酯）、463.15 K（辛酸甲酯）。为方便工程应用,将文献数据和本文实验数据拟合成温度的关联式,实验值与关联式计算值的相对偏差绝对平均值为：0.29%（己酸甲酯）、0.24%（庚酸甲酯）、0.27%（辛酸甲酯）。应用音速实验数据,分别结合Wada模型和Auerbach模型估算3种脂肪酸甲酯的密度和表面张力。结果表明,Wada模型可以很好地用来估算密度,而Auerbach模型对表面张力的估算结果与文献值偏差较大。     

三种脂肪酸甲酯音速测量与相关热物理性质推算

脂肪酸甲酯(FAMEs)是生物燃料的重要成分,为了获取它们的热物理性质数据,利用布里渊散射法测量了3种脂肪酸甲酯常压下的音速,测量温度范围为293.15~423.15 K(己酸甲酯)、293.15~443.15 K(庚酸甲酯)、463.15K(辛酸甲酯)。为方便工程应用,将文献数据和本文实验数据拟合成温度的关联式,实验值与关联式计算值的相对偏差绝对平均值为:0.29%(己酸甲酯)、0.24%(庚酸甲酯)、0.27%(辛酸甲酯)。应用音速实验数据,分别结合Wada模型和Auerbach模型估算3种脂肪酸甲酯的密度和表面张力。结果表明,Wada模型可以很好地用来估算密度,而Auerbach模型对表面张力的估算结果与文献值偏差较大。     

263~373K温度区间2-氯-3,3,3-三氟丙烯饱和蒸气压的实验研究

采用静态法,测定了2-氯-3,3,3-三氟丙烯(HCFO-1233xf)的饱和蒸气压97个数据点,温度263.15~372.90 K,温度不确定度小于±2 mK,压力不确定度小于±1.2 kPa,并用Antoine方程lnP=A-B/(T+C)进行关联,确定了蒸气压方程的三个参数A、B、C的值分别为15.119、3070.575和7.198。Antoine方程计算得到的饱和蒸气压与实验数据吻合较好,相对误差均在±1%以内。通过Clausius—Clapeyron方程计算得到HCFO-1233xf在263.15~372.90 K的平均摩尔蒸发热为24363.31 J?mol-1,通过Antoine方程计算得到的常压沸点为285.22 K。     

R600a/矿物油的黏度和密度

利用振动弦黏度/密度实验测量系统对R600a/SUNISO 3GS矿物油混合物5种配比(R600a质量分数为100%、95%、90%、85%、80%)下的黏度和密度进行了实验研究,温度范围为253～333 K。实验系统黏度和密度测量的不确定度分别为±2%和±0.2%,温度测量的不确定度小于±10 mK。在获得实验数据的基础上得到了黏度和密度的关联式。黏度实验数据与方程计算值的最大绝对偏差和平均绝对偏差分别为5.73%和1.75%,密度实验数据与方程计算值的最大绝对偏差和平均绝对偏差分别为0.23%和0.07%。为实际制冷系统的优化设计提供了更为可靠的热物性数据。     

苄胺-乙腈-水体系导热系数的测量与计算

导热系数是流体的基础物理性质之一,苄胺-乙腈-水体系的导热系数对其相关反应的工业化开发具有重要意义。研究利用瞬态热线装置分别测定了苄胺-乙腈、苄胺-水、乙腈-水和苄胺-乙腈-水体系在288.15～318.15 K、常压条件下3种组分质量分数在0.1～0.9的导热系数。实验数据不确定度为±2.5%,覆盖因子k=2。运用二阶Scheffé多项式将二元体系导热系数拟合成关于温度和组成的方程,并与4种导热系数预测方程的预测结果进行了对比,多项式关联结果明显优于其他预测方程。因此用Scheffé多项式对苄胺-乙腈-水混合体系导热系数进行了预测,最大相对偏差和平均相对偏差分别为2.54%和0.68%。