过热区R22热力性质及传输特性的快速计算模型

　　符 号

　　p—压力,MPa

　　T—温度,K

　　v—比容,m³/kg

　　h—比焓,kJ/kg

　　s—比熵,kJ/(kg.K)

　　cp—比定压热容,kJ/(kg.K)

　　cv—比定容热容,kJ/(kg.K)

　　a—音速,m/s

　　R—表面张力,N/m

　　K—导热系数,mW/(m.K)

　　L—动力粘度,Pa.s

　　x1、x2—制冷剂在该点的已知物性参数

　　a~w—方程的拟合系数

　　y—制冷剂在过热区的待求物性

　　下 标

　　ave—平均

　　max—最大

　　FCM—快速计算模型

　　NIST—REFPROP7

　　1 前言

　　制冷剂的物性计算是制冷空调系统仿真的基础,在仿真计算中,该计算模块将被成千上万次的调用,因此其计算效果(精度、速度和稳定性)将直接影响装置仿真计算的效果。

　　目前制冷工质的性质计算通常采用以下两种方法:状态方程法和拟合关联式法。状态方程法有计算精度高、适用性广的特点,但往往由于数学模型复杂,需要迭代,造成计算时间的大量耗费,计算速度较慢,稳定性较差(有时会得不到收敛解),不能很好地满足制冷空调系统仿真的需要^[1~4]。拟合关联式是一种制冷剂热物性简化计算模型,该方法对制冷剂在具有完善热物性数据的条件下,在一定范围内,对其参数进行数据拟合,在制冷仿真中具有速度快的特点,适合制冷仿真的需要^[5~7]。但是也存在较为明显的缺点:其一是在较大的拟合范围内对不同的热力性质难以获得一致的令人满意的拟合精度;其二是在一定的精度要求下,对不同的热力性质难以采用一致的拟合函数形式。

　　本文提出的计算模型,由于其形式较简单,拟合参数较少,同时由于其只是简单乘除的迭加,能够保证一阶导数具有稳定的连续性,在系统仿真中有着很大的优势,对比已有研究者提出用多项式形式(Cleland, 1986, 1994;Charter, 1987)和指数函数(Martin-Dominguez, 1993)来建立物性简化模型^[5~7],该模型具有适用范围广(饱和温度-20~70°C,过热度0~150°C),计算误差小(平均相对误差在1j以内),曲线稳定性好且热力性质和传输特性具有统一的形式的优点。

　　2 物性快速计算模型的数据来源

　　由于采用拟合关联式法建立热物性的快速计算模型,需要有充足的热物性参数数据。本文采用REFPROP7中导出的数据作为快速计算模型的原始数据。

　　REFPROP是参考流体物性的缩写,这个程序是由美国国家标准计量局(NIST)开发的,用于为工业中重要的流体及其混合物(主要是制冷剂和碳氢化合物)的热力性质和传输特性提供精确的数据。