制冷工质热力性质计算及其可视化程序

    1 引言

    制冷技术现在被广泛应用于空气调节、工业生产工艺及食品冷藏等领域。随着社会发展,制冷技术不断进步,降低制冷系统的能耗,采用对环境无破坏的制冷剂成为制冷技术的主要研究课题之一,而制冷剂的热力性质计算是研究中的基础。长期以来工程技术人员都是借助于各种热力性质图表来完成复杂繁琐的计算工作,这种计算不仅速度慢而且不够准确。

    随着制冷技术的发展和计算机的迅速普及,采用计算机编制出制冷工质热力性质计算程序,不仅可以大大提高计算速度,而且能获得精确的计算结果,代替传统的查找图表工作。以往的程序大部分以FORTRAN语言来编制[1],本文以目前流行的V-isual Basic 610语言编制出R11、R12、R13、R21、R22、R113、R114、R502、R123和R134a的可视化的程序,使其应用得到推广。

    2 数学模型的选择和建立

    2.1 基本方程式

    计算工质的热力性质的基本方程式由饱和蒸气压方程、液体密度方程、蒸气状态方程和蒸气比热方程组成。

    2.1.1 饱和蒸气压方程

    式中 p—饱和蒸气压, bar;

    T—绝对温度, K;

    A、B、C、D、E、F)饱和蒸气压方程系数

    2.1.2 液体密度方程

    式中 ρ1—液体密度, kg/m3;

    Tc—临界温度, K;

    AL、BL、CL、DL、EL、FL、GL)液体密度方程系数

    2.1.3 蒸气比热方程

    实际气体的定容比热方程为:

    式中 CV—定容比热, kJ/ (kg1k);

    a、b、c、d、f)定容比热方程系数

    2.1.4 蒸气状态方程

    描述制冷剂状态的方程有很多,其中最为常用的有马丁-侯(Martin-Hou)方程、维里(Virial)方程和索阿夫-瑞里奇-邝(Soave-Redlich-Kwong),计算中采用马丁-侯方程:

    式中 v—比容, m3/kg;

    R、b0、K、A2~ A5、B2~ B5、C2~ C5为蒸气状态方程系数

    2.2 计算方程式

    根据四个基本方程式和热力学一般关系式可推导出其它热力参数计算方程式。

    2.2.1 汽化热计算方程式

    式中 C—汽化热, kJ/kg;

    v"对应温度下的饱和蒸气比容, m3/kg;

    v´—对应温度下的饱和液体比容, m3/kg;

    2.2.2 蒸气焓计算方程式

    式中 hv—蒸气熵, kJ/kg;

    X—常数项

    2.2.3 蒸气熵计算方程式

    式中 sv—蒸气熵, kJ/kg;

    Y—常数项

    2.2.4 饱和液体焓和熵计算方程式

    饱和液体焓值等于对应压力(或对应温度)下的饱和蒸气的焓值与汽化热之差,其计算方程式为: