R744/R290混合工质热力性质计算

    摘  要:从热力学基本定义出发,对R744/R290这对混合自然工质的热力性质进行计算。分析比较了各种计算方法和计算结果的准确性与可靠性,为R744/R290混合工质在今后的应用提供了理论依据,并对其它混合工质的热力性质计算具有一定的指导作用。

    0 引 言

    随着人们对臭氧层被破坏和全球变暖问题的日益关注,二氧化碳(R744)和丙烷(R290)等自然工质在制冷行业中的应用越来越受到重视[1-2],但R744过高的工作压力及R290的高可燃性对其应用带来不利的影响;而将R744和R290按一定比例混合得到的混合制冷剂用于自复叠制冷系统,既可降低制冷系统工作压力,又可降低工质的可燃性。为了使R744/R290混合工质得到应用,必须对其热力性质进行研究。根据热力学基本定义,给出了R744/R290混合工质的热力性质计算方法,包括虚拟临界参数、饱和压力、温度)摩尔组成关系、露点泡点性质、分凝特性的影响因素、比焓)温度)压力关系、汽化潜热等,与文献[1]数据进行比较分析。计算结果表明,计算得到的数据与实际数据相符。

    1 热力学基础

    1.1 状态方程

    由于实际工质的性质与理想气体有很大不同,所以在实际工质热力学模型研究中不能采用理想气体状态方程,而必须采用经验或半经验状态方程。到目前为止,各国学者已经提出的经验或半经验状态方程已有上百个。

    Peng-Robinson(PR)方程属于立方型状态方程[3],因参数少、形式简单、计算精度较高而成为目前比较常用的状态方程。它不但可用于气相计算,在气液两相区也能有较好的结果。其状态方程的表达式为

m=0.37646+1.54226ω-0.26992ω²;式中,pc为临界压力;Tc为临界温度;Tr为对比温度;ω为偏心因子。

    1.2 纯工质比焓、比熵

    参考文献[4]、[5],用余函数理论,比焓和比熵可以表达为

    式中,h*、s*为理想状态下的比焓、比熵;hr、sr为余函、余熵;cp为理想气体比热容;h₀、s₀是对基准态比焓和比熵值进行校正的常数,与基准态取定及制冷工质种类有关。

    纯工质的汽化潜热r可用下式进行计算[5]

    其中,Tr=T/Tc,Tc为临界温度,ω为偏心因子。

    饱和液体的比焓等于饱和蒸汽比焓减去汽化潜热。饱和液体的比熵等于饱和蒸汽的比熵减去汽化潜热与热力学温度的商。

    1.3 混合规则

    当R744和R290工质在过热区和过冷区混合均匀且摩尔组成保持恒定的条件下,混合工质可以看作是一种虚拟的纯物质。将PR方程应用于此类混合物,其混合规则为