HFC125/HCs二元混合工质理论制冷循环性能分析

    1 前言

    由于传统制冷工质CFCs破坏大气臭氧层,根据蒙特利尔议定书已经被限期淘汰,而HCFCs类也只能使用一定时间。HFCs类替代物虽然对大气臭氧层无害,但由于是温室效应很强的气体,已被1997年12月达成的京都协议列为6类受控的温室效应物质之一,并且热力性能、溶油性、吸湿性等也不够理想。而碳氢化合物HCs类工质天然存在,ODP值为零、GWP为与CO₂相当,热力性质优秀,溶油性好而日益受到重视[1,2,3]。但HCs类替代工质易燃易爆,阻碍了其推广应用。王怀信等提出了HCs/阻燃剂混合工质替代HCFC22[4],而HFCs类制冷工质中有一部分是不可燃的,如HFC125、HFC134a等,因此,如果把具有可燃性的HCs工质与不可燃的HFCs工质混合,可以使得到的混合工质整体表现为不可燃[5];而且HFCs和HCs混合后,减少了HFCs的用量,同样也降低了对温室效应的影响。另外HFCs和HCs混合后,在一定程度上改善了HFCs的溶油性,并有可能获得高COP。

    以HFC125/HCs二元混合物为制冷工质,计算分析其理论循环中成分组分对循环性能的影响。

    2 HFC125/HCs热力学性质计算

    制冷工质HFC125、丙烷(HC290 )、丁烷(HC600)、异丁烷(HC600a)的基本性质列于表1中。

     由于需要对大量不同组合进行理论循环计算分析,因此混合工质的热力性质计算十分重要。采用美国国家标准技术研究所NISTREFPROP 6.01[6]数据库软件,编程调用其内部热物性计算函数进行计算。对于HFC125、HC290、HC600、HC600a四种工质,NISTREFPROP 6.01数据库软件使用Younglove和McLinden[7]提出的具有极高精度的32参数MBWR方程计算:

    而对于混合物则采用Lemmon提出的通用Helmholtz自由能混合法则[8]:

    该模型可以直接调用纯工质状态方程计算混合物的热力学性质,并且其中的相互作用参数可以根据实验结果进行调整。对于本文中使用MBWR方程的工质也可以应用,但要进行如下转化:

    为了验证NIST REFPROP 6.01数据库软件对HFC125/HCs二元混合工质热力学性质计算的精度,我们对比了HFC125/HC290和HFC125/HC600a的气液相平衡状态的计算值与文献[9,10]实验值,结果如图1-4所示。对于HFC125/HC290的平均绝对偏差为1. 2%,偏差分布均在3%以内。对于HFC125/HC600a的平均绝对偏差为0.95%,偏差分布均在4%以内。由此可见数据库可以精确计算HFC125/HCs二元混合工质的热力学性质。由于目前文献中尚没有HFC125/HC600的气液平衡数据,而HC600和HC600a性质相近,因此计算时使用和对HFC125/HC600的相互作用参数按照HFC125/HC600a的调节比例进行了调整计算。

    3 理论制冷循环性能分析

    选取空调制冷工况进行理论循环性能分析,蒸发温度7.2℃,冷凝温度54.4℃,吸气温度35℃,过冷温度46.1℃,压缩机效率取0.85。