【摘要】：隨著人類社會(huì)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(tái)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(shí),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)計(jì)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(jì)算得到,然而現(xiàn)有的HFCs制冷劑液體定壓比熱容的理論計(jì)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(jì)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)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(tái)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-245fa, 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(bào)道。為了工程計(jì)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(gè)適用于HFCs制冷劑液體定壓比熱容計(jì)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(jì)算精度為1.07%,而預(yù)測計(jì)算平均精度為1.78%,遠(yuǎn)高于現(xiàn)有其他預(yù)測方法的計(jì)算精度,具有很高的應(yīng)用價(jià)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(jì)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(jì)算的平均偏差為1.39%,最大偏差不超過5%,計(jì)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(jì)算結(jié)果。比較結(jié)果顯示兩種方法計(jì)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)證了本文所提出的對應(yīng)狀態(tài)方程應(yīng)用于HFCs混合制冷劑液體定壓比熱容計(jì)算的可靠性。
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【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB64

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本文編號(hào)：2390538