卤代烃制冷工质导热系数的新方程

    流体的迁移性质(包括导热系数和粘度)在工程应用和科学研究中具有非常重要的作用.卤代烃物质不但作为制冷工质应用于制冷系统,而且还广泛应用于太阳能、地热、海洋热和工业余热等低品质能量利用系统.在对这些能量转换系统进行数值模拟计算时,需要知道工质在不同状态下精确的导热系数和粘度,而这些迁移性质数据目前还比较缺乏,某些参数可通过一些推算式求出,但误差普遍较大,满足不了目前工程上对数值计算精度的要求.造成这种情况的原因有2个:一方面是由于迁移性质难以精确测量;另一方面是由于迁移性质涉及的理论比较复杂.一般情况下,在对流体的迁移性质进行研究时,分为常压气体和稠密流体2种情况.稠密流体迁移性质的计算是在常压气体的基础上,对压力进行修正或关联为密度的函数,这就使得常压气体迁移性质的计算不但应直接满足工程设计和科学研究的需求,而且要作为稠密流体迁移性质的计算基准.所以,对常压下气体迁移性质的研究就显得格外重要.经过对最新的资料进行研究发现,求解常压下卤代烃制冷工质的粘度,采用文献[1]所给的经验公式有很高的精度,且该方程形式简单,使用方便,而求解卤代烃制冷工质的导热系数,却没有相应的高精度的计算方法.因此,对常压下卤代烃制冷工质的导热系数的计算方法进行研究是十分必要的.

    1 常压下卤代烃制冷工质导热系数计算方法的回顾

    导热系数的分子机理要比粘度复杂得多.在合理的分子运动模型基础上,得到了一个仅适用于无旋转和振动自由度,而只有平动自由度的单原子气体在常压下的导热系数理论计算公式[2],即

    式中:K为常压下的导热系数;M为分子量;R为气体常数;cV为定容比热;T为温度;R为分子间相互作用势能的特征尺寸;8K为碰撞积分.

    上式虽然仅适用于单原子气体,但显示出常压下气体的导热系数仅与温度有关,于是在半经验半理论或者经验的关联式中,人们都把多原子气体在常压下的导热系数也关联为温度的函数.下面仅介绍适用于卤代烃物质的计算方法.

    D.Roy和G.Thodos[2]把导热系数无因次化,并将其关联为温度的函数,表达式为

    式中:Kr为对比导热系数;Kr,tr为分子平动能部分的对比导热系数;Kr,int为分子内部作用能部分的对比导热系数;常数C由基团贡献法求取;#K为导热系数对比因子,由下式计算

    式中:pc、Tc分别为物质的临界压力和临界温度;NA为阿伏加德罗常数.

    Roy-Thodos关联式广泛应用于各类有机物的计算中,因其受基团划分和拟合用实验数据选取的限制,当用于卤代烃物质在常压下的导热系数计算时,其计算精度并不理想[3].