HFC-227ea的焓、熵、比热容计算

　　0 引言

　　寻找不破坏臭氧层的制冷替代工质是近年来国际上的研究热点.七氟丙烷HFC-227ea(1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropane)是国际上最近提出的一种新环保工质,被认为是一种很有希望的制冷剂替代物,尤其是作为混合工质的组元用于R502和R22的替代.目前国际上已对HFC-227ea的热力学性质进行了一系列的相关研究,pVT性质、饱和蒸气压、表面张力、其混合物的pVTx性质以及声速、维里系数、比定压热容、焦汤系数等热力学导出性质均已有实验结果发表^[1,2].本实验室也已经拟合出了HFC-227ea的MBWR(modified Benedict-Webb-Rubin)方程^[3].本文利用该方程关联计算了HFC-227ea的焓、熵、比热容,并给出完整的压焓图、温熵图和比定压热容曲线图.这些图表为HFC-227ea在工程中的应用提供了便利,也为以后的研究人员和作者深入研究HFC-227ea工质奠定了坚实的数据基础.

　　1 状态方程选用

　　pVT状态方程选用32参数的MBWR状态方程.该方程是BWR(Benedict-Webb-Rubin)方程的改进式,1973年由Jacobsen和Stewart提出^[4],适用于不同种类的流体,包括烃类低温流体、制冷剂,有着很高的精确度,作者使用MBWR方程对HFC-227ea的气液平衡拟合计算^[3],其压力平均偏差小于0.3%、液相密度平均偏差小于0.2%.MBWR方程能够在广泛的温度、压力和密度内再现工质的热力学性质,并且有较好的外推性能.其方程形式是压力的显函数,具体如下:

　　其中

　　式中,ρc为临界密度;R为通用气体常数; bi(i=1,2,3,,32)为所要拟合的参数值.

　　本实验室已经拟合出了该方程,给出了32个参数值^[3].

　　2 焓、熵、比热容的计算公式的推导

　　我们利用偏离函数来计算HFC-227ea的焓熵值^[5].偏离函数的定义是:处于p、V、T状态的实际气体的某热力学函数(内能u、焓h、熵s、亥姆霍兹函数f、吉布斯函数g、比定压热容cp、比定容热容cV)与同温度T、参考压力p0点的理想气体所对应的热力学函数之差.参考状态压力p0可选取系统的压力p或选取标准大气压,参考状态点理想气体的比容V0由理想气体状态方程确定.偏离函数的一般表达式为

　　式中,B(T,V)表示在p、V、T状态时实际气体的某热力学函数(u、h、s、f、g、cp、cV热力学函数中任意一个),B0(T,V0)表示在p0、V0、T状态点的理想气体所对应的热力学函数, ΦB(T,V)为对应于B热力学函数的偏离函数.

　　亥姆霍兹函数f的偏离函数与p、V、T状态参数的关系如下:

　　式中,温度T为常数,p=p(T,V)为显式的状态方程式.

　　根据各热力学函数之间的关系,我们可以得到