二元混合工质HFC32/125的热物性模型分析

    HCFC22作为一种HCFC[1]的工质,在空调行业应用占了主导地位,其综合性能十分优良,ODP(消耗臭氧层潜能值)和GWP(全球变暖潜能值)仅为0.05和0.36[2].但由于HCFC 22对臭氧层仍有破坏作用,因此,寻找和研究对大气臭氧层无破坏作用和无温室效应的新工质来代替HCFC22已成为制冷空调界的重大课题和发展方向.

    HFC32/125作为一种二元混合工质,是目前替代HCFC22极有希望的新工质[4,5].在选择新的替代工质时,必须考虑的标准有:对环境的影响、安全性、化学稳定性以及该种工质的热力学特性和迁移特性.其中热力学特性和迁移特性作为工质的基本物性特征,是今后新工质系统理论计算、优化匹配及实际运行控制最根本的基础,是整个替代研究中最先要解决的问题.本文建立了新工质HFC32/125热力学性质和迁移特性的计算模型和关联式,为HFC32/125在系统中的应用提供完整、可靠的特性数据.

    1　HFC32/125的热力学性质

    HFC32/125是由HFC32及HFC125按1∶1的质量比组合而成的非共沸混合工质,但其温度滑移小于0.04°C.因此,为了计算方便,在热力学及热物理性质参数计算时将HFC32/125作为共沸工质.这样处理引起的误差足够小,能够满足工程设计的要求.HFC32/125与HCFC22的基本物性[7]如表1所示.

　　运用Martin-Hou81方程[8]可建立HFC32/125的PVT参数耦合关联式,即

    式中:b=0.235 625×10^-4;K=5.475 W/(m·K);R=8.314 410 J/(mol·K).

    饱和液体密度方程采用以T/Tc为自变量的一元多次方程表示:

　　饱和蒸汽压的关系采用对数和幂指数项相结合的函数形式:

　　理想气体定压热容采用绝对温度T的一元多次项方程来描述,即

　　由热力学一般关系式知:

    将式(6)代入式(5),并变形得

    再将cV=cp-R以及由状态方程得到的(5p/5T)v代入式(7),并对微元焓和微元熵积分,得

    式中,h0和s0为积分常数.由克拉伯龙方程:

    结合饱和蒸汽压力关系式,可分别推出汽化潜热,液体比焓、液体比熵:

    2　热力学性质计算结果及分析

    由以上给出的热力学参数及计算关系式,采用C++语言编制热力学性质计算程序,计算饱和液体、饱和蒸汽、过热蒸汽以及两相区任意状态点的热力学性质,所得到的HFC32/125的饱和状态及过热蒸汽的热力学性质如表2、3所示.为了能方便在工程上使用热力学性质计算和进行制冷循环分析,本文同时给出混合工质压焓图(包括等温线、等干度线、等比容线以及等熵线)如图1所示.

    3　HFC32/125的热物理性质