液相斯特林机工质的热力学与热物理性质的计算

    1　热力学与热物理性质的计算

    以RC318作为算例介绍液相工质热力学和热物理性质的计算方法。

    1.1临界点的计算

    用Lydersen的估算方法计算临界点的参数,只需已知名义沸点温度Tb和分子质量即可计算,计算公式[3]:

　　其中Tb是一个大气压下的沸点温度,M是摩尔质量[g-mol],Tc、Pc和Vc分别是临界温度[K],临界压力[atm]和临界容积[cm3/g-mol],对不同的物质分子结构有不同的修正系数ΔT、ΔP和ΔV。通过临界点的计算值与实验值的比较,可进行公式的验证,如表Ⅰ所示。

　　1.2饱和蒸气压力的计算

    使用Riedel[3]的公式计算蒸汽压力

　　上式中Tbr是一个大气压下的对比沸点,Tb/TC,Tr是对比温度,T/TC,Pvpr是对比蒸气压,Pvp/PC,Pvp是蒸气压力,PC是临界压力[atm]。通过计算Tbr的值进行公式的验证,计算的蒸气压力值为,Pvp= 1.0124bar ,实验值为1.013bar,误差为0.059%。

    1.3状态方程

    利用B.W.R.的通用状态方程计算

　　式中Z是压缩性指数,Qr是对比密度,带星号的字母是经验常数,用公式(1)计算临界点的压缩性指数ZC,此时Tr= 1,Qr= 1 ,计算值为ZC= 0.2716 ,实验值为ZC=0.279,误差是2.65%。

    1.4定压比热的计算

    选用如下计算公式[3],

　　式中CPL是液体的定压比热,C0P是相应理想气体的定压比热[cal]/[g-mol][K],R是气体常数R=1.98[cal]/[g-mol][K],X是偏心因子,对C0P(T)中的系数,不同的分子结构有不同的值。

    1.5粘性系数的计算

    选用Morris的估算公式计算[3],

　　式中J是结构函数,G+是取决于液体性质的经验常数,它是与液体分子结构有关的系数,GL是液体的粘性系数,误差在12%左右。

    1.6导热系数的计算

    选用沸点方法计算[3]

　　式中带下标b的参数指在大气压下沸点的状态,M是分子质量,误差一般小于5%[3]。

    1.7TB、PkT及其他热力和热物性参数的计算

    斯特林机和热声热机中的热流、功流、温差及其他性能指标均需要已知TB、PkT等参数,因此他们的计算是重要的,从前面介绍的状态方程可推出他们的具体表达式。

    由定义:和状态方程Z=f(Q,T)可得,

　　式(2)和(3)中的,可从状态方程(1)式求得,其他参数如B,kT,Pr等均容易求出,这里不再推导。

    2　计算实例

    作者对液相工质PC318利用所讨论的计算公式进行了计算,其中在解状态方程时需用数值迭代方法,图1是数值计算的结果,该图可为使用液相工质RC318的液相斯特林机和热声热机的设计计算与模拟提供必需的数据基础,计算结果具有令人满意的精度。